STM32学习心得三十三：FLASH闪存编程原理与实验
记录一下，方便以后翻阅~
主要内容：
1） STM32 Flash操作介绍；
2） 寄存器和库函数介绍；
3） 相关实验代码解读。
参考资料：《STM32F10xxx闪存编程参考手册》
实验功能：利用 STM32 内部的 FLASH 来实现类似I2C通讯实验的效果（参考I2C通讯实验），不过这次是将数据直接存放在STM32内部，而不是存放在W25Q128。
1. STM32 Flash操作介绍
1.1 STM32编程方式
1） 在线编程（ICP,In-Circuit Programming）
通过JTAG/SWD协议（用JLINK或ST LINK下载程序）或者系统加载程序(Bootloader)下载用户应用程序（用串口下载）到微控制器中。
2） 在程序中编程(IAP,In Application Programming)
通过任何一种通信接口(如IO端口,USB,CAN,UART,I2C,SPI等)下载程序或者应用数据到存储器中。也就是说，STM32允许用户在应用程序中重新烧写闪存存储器中的内容。然而，IAP需要至少有一部分程序已经使用ICP方式烧到闪存存储器中（Bootloader)（与系统加载程序的Bootloaer不同）。
1.2 闪存模块存储器组织
按照不同容量，存储器组织成32个1K字节/页（小容量），128个1K字节/页（中容量），256个2K字节/页（大容量）的主存储器和一些信息块等。战舰/精英板FLASH容量为512K，所以一共有256页（0-255）。
STM32的闪存模块由：主存储器、信息块和闪存存储器接口寄存器等3部分组成。
1） 主存储器，该部分用来存放代码和数据常数（如const类型的数据）。对于大容量产品，其被划分为256页，每页2K字节。注意，小容量和中容量产品则每页只有1K字节。从上图可以看出主存储器的起始地址就是0X08000000， B0、B1都接GND的时候，就是从0X08000000开始运行代码的。
2） 信息块，该部分分为2个小部分，其中启动程序代码（系统存储器），是用来存储ST自带的启动程序，用于串口下载代码，当B0接V3.3，B1接GND的时候，运行的就是这部分代码。用户选择字节，则一般用于配置写保护、读保护等功能。
3） 闪存存储器接口寄存器，该部分用于控制闪存读写等，是整个闪存模块的控制机构。
对主存储器和信息块的写入由内嵌的闪存编程/擦除控制器(FPEC)管理。编程与擦除的高电压由内部产生。
1.3 Flash闪存的读取
内置闪存模块可以在通用地址空间直接寻址，任何32位数据的读操作都能访问闪存模块的内容并得到相应的数据。例如，我们要从地址addr，读取一个半字（半字为16位，1个字为32位），可以通过如下的语句读取：
data=*(vu16*)addr;
将addr强制转换为vu16指针，然后取该指针所指向的地址的值，即得到了addr地址的值。类似的，将上面的vu16改为vu8，即可读取指定地址的一个字节。
1.4 Flash闪存的编程（写）和擦除操作
STM32的闪存编程是由FPEC（闪存编程和擦除控制器）模块处理的，这个模块包含7个32位寄存器，他们分别是：
1） FPEC键寄存器 (FLASH_KEYR)
其中FPEC总共有3个键值：RDPRT键=0X000000A5、KEY1=0X45670123、KEY2=0XCDEF89AB。
2） 选择字节键寄存器 (FLASH_OPTKEYR)
3） 闪存控制寄存器 (FLASH_CR)
4） 闪存状态寄存器 (FLASH_SR)
5） 闪存地址寄存器 (FLASH_AR)
6） 选择字节寄存器 (FLASH_OBR)
7） 写保护寄存器 (FLASH_WRPR)
1.5 Flash编程注意事项
1.5.1 STM32复位后，FPEC模块是被保护的，不能写入FLASH_CR寄存器；通过写入特定的序列到FLASH_KEYR寄存器可以打开FPEC模块（即写入KEY1和KEY2），只有在写保护被解除后，我们才能操作相关寄存器。 叫Unlock。键值不正确会产生总线错误。
1.5.2 STM32闪存的编程每次必须写入16位（不能单纯的写入8位数据！），当FLASH_CR寄存器的PG位为‘1’时，在一个闪存地址写入一个半字将启动一次编程。写入任何非半字的数据，FPEC都会产生总线错误。
1.5.3 在编程过程中(FALSH_SR的BSY位为‘1’)，任何读写闪存的操作都会使CPU暂停，直到此次闪存编程结束。
1.5.4 STM32的FLASH在编程的时候，也必须要求其写入地址的FLASH是被擦除了的（也就是其值必须是0XFFFF），否则无法写入，在FLASH_SR寄存器的PGERR位将得到一个警告。
1.6 STM32 Falsh编程过程
1.6.1 检查FLASH_CR的LOCK是否解锁，如果没有则先解锁；
1.6.2 检查FLASH_SR寄存器的BSY位，以确认没有其他正在进行的编程操作；
1.6.3 设置FLASH_CR寄存器的PG位为‘1’在指定的地址写入要编程的半字；
1.6.4 等待BSY位变为‘0’；
1.6.5 读出写入的地址并验证数据。
1.7 STM32 Flash擦除过程
STM32 FLASH编程的时候，要先判断所写地址是否被擦除了。闪存擦除分为两种：页擦除和整片擦除。
1.7.1 Flash页擦除过程
1） 检查FLASH_CR的LOCK是否解锁，如果没有则先解锁；
2） 检查FLASH_SR寄存器的BSY位，以确认没有其他正在进行的闪存操作；
3） 设置FLASH_CR寄存器的PER位为‘1’；
4） 用FLASH_AR寄存器选择要擦除的页；
5） 设置FLASH_CR寄存器的STRT位为‘1’；
6） 等待BSY位变为‘0’；
7） 读出被擦除的页并做验证。
1.7.2 Flash整片擦除过程
1） 检查FLASH_SR寄存器的BSY位，以确定没有其他操作在进行；
2） 设置FLASH_CR寄存器的MER为1；
3） 设置FLASH_CR寄存器的STRT为1；
4） 等待BSY为0；
5） 读出所有页并验证。
1.8 Flash操作相关寄存器
1） FPEC键寄存器（FLASH_KEYR)；
2） 闪存控制寄存器（FLASH_CR)；
3） 闪存状态寄存器（FLASH_SR)；
4） 闪存地址寄存器（FLASH_AR)。
1.9 相关库函数
官方给出的库函数位于：stm32f10x_flash.c/stm32f10x_flash.h。
1.9.1 闪存操作常用库函数
void FLASH_Unlock(void); //检查 FLASH_CR寄存器的LOCK位//
void FLASH_Lock(void); //检查 FLASH_CR寄存器的LOCK位//
FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data); //对主存储区编程//
FLASH_Status FLASH_ProgramHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data); //对主存储区编程//
FLASH_Status FLASH_ProgramOptionByteData(uint32_t Address, uint8_t Data);
FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address); //对FLASH_AR寄存器进行操作//
FLASH_Status FLASH_EraseAllPages(void);
FLASH_Status FLASH_EraseOptionBytes(void);
FLASH_Status FLASH_GetStatus(void);
FLASH_Status FLASH_WaitForLastOperation(uint32_t Timeout); //等待FLASH_SR寄存器的BSY位变0//
1.10 Flash操作总结
1.10.1 锁定解锁函数
在对FLASH进行写操作前必须先解锁，解锁操作也就是必须在FLASH_KEYR寄存器写入特定的序列（KEY1和KEY2）,固件库函数实现：
void FLASH_Unlock(void);
同理，在对FLASH写操作完成之后，我们要锁定FLASH：
void FLASH_Lock(void);
1.10.2 写操作函数
固件库提供了三个FLASH写函数：
FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data);
FLASH_Status FLASH_ProgramHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data);
FLASH_Status FLASH_ProgramOptionByteData(uint32_t Address, uint8_t Data);
顾名思义：FLASH_ProgramWord为 32位字写入函数，其他分别为16位半字写入和用户选择字节写入函数。这里需要说明，32位字节写入实际上是写入的两次16位数据，写完第一次后地址+2，这与我们前面讲解的STM32闪存的编程每次必须写入16位并不矛盾。写入8位实际也是占用的两个地址了，跟写入16位基本上没啥区别。
1.10.3 擦除函数
固件库提供三个FLASH擦除函数：
FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address);
FLASH_Status FLASH_EraseAllPages(void);
FLASH_Status FLASH_EraseOptionBytes(void);
顾名思义：第一个函数是页擦除函数，根据页地址擦除特定的页数据，第二个函数是擦除所有的页数据，第三个函数是擦除用户选择字节数据。这三个函数使用非常简单。
1.10.4 获取状态函数
主要是用的函数是：
FLASH_Status FLASH_GetStatus(void)；
返回值是通过枚举类型定义的：
typedef enum
{
FLASH_BUSY = 1, //忙
FLASH_ERROR_PG, //编程错误
FLASH_ERROR_WRP, //写保护错误
FLASH_COMPLETE, //操作完成
FLASH_TIMEOUT //操作超时
}FLASH_Status;
1.10.5 等待操作完成函数
在执行闪存写操作时，任何对闪存的读操作都会锁住总线，在写操作完成后读操作才能正确地进行；既在进行写或擦除操作时，不能进行代码或数据的读取操作。所以在每次操作之前，我们都要等待上一次操作完成这次操作才能开始。使用的函数是：
FLASH_Status FLASH_WaitForLastOperation(uint32_t Timeout)；
入口参数为等待时间，返回值是FLASH的状态，这个很容易理解，这个函数本身我们在固件库中使用得不多，但是在固件库函数体中间可以多次看到。
1.10.6 读FLASH特定地址数据函数
有写就必定有读，而读取FLASH指定地址的半字的函数固件库并没有给出来，这里我们自己写的一个函数：
u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)
{
return *(vu16*)faddr;
}
2. 相关实验代码解读
2.1 stmflash.h头文件代码解读
/**
******************************** STM32F10x *********************************
* @文件名称： STMFLASH.h
* @作者名称： -----
* @库版本号： V3.5.0
* @工程版本： V1.0.0
* @开发日期： 2020年9月15日
* @摘要简述： STMFLASH头文件
******************************************************************************/
/*----------------------------------------------------------------------------
* @更新日志：
* @无
* ---------------------------------------------------------------------------*/
#ifndef __STMFLASH_H__
#define __STMFLASH_H__
/* 包含的头文件 ---------------------------------------------------------------*/
#include "stm32f10x.h"
/* 常量 ----------------------------------------------------------------------*/
#define STM32_FLASH_SIZE 512 /* STM32F103ZET6的FLASH是512K */
#define STM32_FLASH_WREN 1 /* 使能FLASH写入(0，不是能;1，使能) */
#define STM32_FLASH_BASE 0x08000000 /* STM32 FLASH的起始地址 */
/* 函数申明 ------------------------------------------------------------------*/
u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr); /* 读出半字 */
u32 STMFLASH_ReadLenByte(u32 ReadAddr,u16 Len); /* 指定地址开始读取指定长度数据 */
void STMFLASH_WriteLenByte(u32 WriteAddr,u32 DataToWrite,u16 Len); /* 指定地址开始写入指定长度的数据 */
void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite); /* 从指定地址开始写入指定长度的数据 */
void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToRead); /* 从指定地址开始读出指定长度的数据 */
#endif /* __STMFLASH_H */
/****** Copyright (C)2020 Aaron. All Rights Reserved ****** END OF FILE *******/
2.2 stmflash.c文件代码解读
/**
******************************** STM32F10x *********************************
* @文件名称： stmflash.c
* @作者名称： -----
* @库版本号： V3.5.0
* @工程版本： V1.0.0
* @开发日期： 2020年9月15日
* @摘要简述： stmflash源文件
******************************************************************************/
/*-----------------------------------------------------------------------------
* @更新日志：
* @无
* ---------------------------------------------------------------------------*/
/* 包含的头文件 ---------------------------------------------------------------*/
#include "stmflash.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
/************************************************
函数名称：u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)
函数功能：读取指定地址的半字(16位数据)
入口参数：u32 faddr:读地址(此地址必须为2的倍数!!)
返回参数：对应数据
开发作者：-----
*************************************************/
u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)
{
return *(vu16*)faddr;
}
#if STM32_FLASH_WREN /* 如何使能写入，默认使能 */
/***************************************************************************
函数名称：STMFLASH_Write_NoCheck(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)
函数功能：不检查的写入
入口参数：WriteAddr:起始地址；pBuffer:数据指针；NumToWrite:半字(16位)数
返回参数：无
开发作者：-----
****************************************************************************/
void STMFLASH_Write_NoCheck(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)
{
u16 i;
for(i=0;i<NumToWrite;i++)
{
FLASH_ProgramHalfWord(WriteAddr,pBuffer[i]);
WriteAddr+=2; /* 地址增加2 */
}
}
/***************************************************************************
函数名称：STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)
函数功能：从指定地址开始写入指定长度的数据
入口参数：WriteAddr:起始地址(此地址必须为2的倍数!!)；
pBuffer:数据指针；
NumToWrite:半字(16位)数(就是要写入的16位数据的个数.)
返回参数：无
开发作者：-----
****************************************************************************/
#if STM32_FLASH_SIZE<256
#define STM_SECTOR_SIZE 1024 /* 字节 */
#else
#define STM_SECTOR_SIZE 2048
#endif
u16 STMFLASH_BUF[STM_SECTOR_SIZE/2]; /* 最多是2K字节 */
void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)
{
u32 secpos; /* 扇区地址 */
u16 secoff; /* 扇区内偏移地址(16位字计算) */
u16 secremain; /* 扇区内剩余地址(16位字计算) */
u16 i;
u32 offaddr; /* 去掉0X08000000后的地址 */
if(WriteAddr<STM32_FLASH_BASE||(WriteAddr>=(STM32_FLASH_BASE+1024*STM32_FLASH_SIZE)))return; /* 非法地址 */
FLASH_Unlock(); /* 解锁 */
offaddr=WriteAddr-STM32_FLASH_BASE; /* 实际偏移地址 */
secpos=offaddr/STM_SECTOR_SIZE; /* 扇区地址 0~127 for STM32F103RBT6 */
secoff=(offaddr%STM_SECTOR_SIZE)/2; /* 在扇区内的偏移(2个字节为基本单位.) */
secremain=STM_SECTOR_SIZE/2-secoff; /* 扇区剩余空间大小 */
if(NumToWrite<=secremain)secremain=NumToWrite; /* 不大于该扇区范围 */
while(1)
{
STMFLASH_Read(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE,STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2); /* 读出整个扇区的内容 */
for(i=0;i<secremain;i++) /* 校验数据 */
{
if(STMFLASH_BUF[secoff+i]!=0XFFFF)break; /* 需要擦除 */
}
if(i<secremain) /* 需要擦除 */
{
FLASH_ErasePage(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE); /* 擦除这个扇区 */
for(i=0;i<secremain;i++) /* 复制 */
{
STMFLASH_BUF[i+secoff]=pBuffer[i];
}
STMFLASH_Write_NoCheck(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE,STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2); /* 写入整个扇区 */
}else STMFLASH_Write_NoCheck(WriteAddr,pBuffer,secremain); /* 写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间 */
if(NumToWrite==secremain)break; /* 写入结束了 */
else /* 写入未结束 */
{
secpos++; /* 扇区地址增1 */
secoff=0; /* 偏移位置为0 */
pBuffer+=secremain; /* 指针偏移 */
WriteAddr+=secremain; /* 写地址偏移 */
NumToWrite-=secremain; /* 字节(16位)数递减 */
if(NumToWrite>(STM_SECTOR_SIZE/2))secremain=STM_SECTOR_SIZE/2; /* 下一个扇区还是写不完 */
else secremain=NumToWrite; /* 下一个扇区可以写完了 */
}
};
FLASH_Lock(); /* 上锁 */
}
#endif
/******************************************************************************
函数名称：STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToRead)
函数功能：从指定地址开始读出指定长度的数据
入口参数：ReadAddr:起始地址；pBuffer:数据指针；NumToWrite:半字(16位)数
返回参数：无
开发作者：-----
*******************************************************************************/
void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToRead)
{
u16 i;
for(i=0;i<NumToRead;i++)
{
pBuffer[i]=STMFLASH_ReadHalfWord(ReadAddr); /* 读取2个字节 */
ReadAddr+=2; /* 偏移2个字节 */
}
}
/****** Copyright (C)2020 Aaron. All Rights Reserved ****** END OF FILE *******/
2.3 main.c文件代码解读
/**
******************************** STM32F10x *********************************
* @文件名称： main.c
* @作者名称： -----
* @库版本号： V3.5.0
* @工程版本： V1.0.0
* @开发日期： 2020年9月15日
* @摘要简述： main源文件
******************************************************************************/
/*-----------------------------------------------------------------------------
* @更新日志：
* @无
* ---------------------------------------------------------------------------*/
/* 包含的头文件 ---------------------------------------------------------------*/
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "stmflash.h"
/* 包含的头文件 ---------------------------------------------------------------*/
const u8 TEXT_Buffer[]={"STM32F103 FLASH TEST"}; /* 要写入到STM32 FLASH的字符串数组 */
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer) /* 数组长度 */
#define FLASH_SAVE_ADDR 0X08070000 /* 设置FLASH保存地址(必须为偶数，且其值要大于本代码所占用FLASH的大小+0X08000000) */
/****************************************************************
函数名称：int main()
函数功能：主函数
入口参数：无
返回参数：int
开发作者：-----
*****************************************************************/
int main(void)
{
u8 key;
u16 i=0;
u8 datatemp[SIZE];
delay_init(); /* 延时函数初始化 */
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); /* 设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级 */
uart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
LED_Init(); /* 初始化LED管脚接口 */
KEY_Init(); /* 初始化KEY管脚接口 */
printf("KEY1:Write KEY0:Read");
while(1)
{
key=KEY_Scan(0); /* 0表示不支持连按 */
if(key==KEY1_PRES) /* KEY1按下,写入STM32 FLASH */
{
printf("Start Write FLASH....\r\n");
STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR,(u16*)TEXT_Buffer,SIZE);
printf("FLASH Write Finished!\r\n"); /* 提示传送完成 */
}
if(key==KEY0_PRES) /* KEY0按下,读取字符串并显示 */
{
printf("Start Read FLASH....\r\n");
STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR,(u16*)datatemp,SIZE);
printf("The Data Readed Is:%s\r\n",datatemp); /* 提示传送完成 */
}
i++;
delay_ms(10);
if(i==20)
{
LED0=!LED0; /* 提示系统正在运行 */
i=0;
}
}
}
/****** Copyright (C)2020 Aaron. All Rights Reserved ****** END OF FILE *******/
3. 实验结果
