不同型号的 STM32,其 FLASH 容量也有所不同,最小的只有 16K 字节,最大的则达到了1024K 字节。大容量产品的闪存模块组织如图所示:
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。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, Boot0、Boot1 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,是用来存储 ST 自带的启动程序,用于串口下载代码,当 Boot0 接 V3.3,Boot1 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;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;即在进行写或擦除操作时,不能进行代码或数据的读取操作。
闪存的读取
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,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。
闪存的编程和擦除
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:FPEC 键寄存器(FLASH_KEYR),选择字节键寄存器(FLASH_OPTKEYR),闪存控制寄存器(FLASH_CR),闪存状态寄存器(FLASH_SR),闪存地址寄存器(FLASH_AR),选择字节寄存器(FLASH_OBR),写保护寄存器(FLASH_WRPR)。
FLASH编程注意事项:
①FPEC 键寄存器总共有 3 个键值:RDPRT 键=0X000000A5,KEY1=0X45670123,KEY2=0XCDEF89AB 。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,这一步叫做Unlock。
②STM32 闪存的编程每次必须写入 16 位(不能写入 8 位),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。在编程过程中(BSY 位为’1’),不能进行其他读写擦除操作。
③STM32 的 FLASH 在编程的时候,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。
STM23 的 FLASH 编程过程如图:
从上图可以得到闪存的编程顺序如下:
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编程操作
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
④等待 BSY 位变为’0’ ,读出写入的地址并验证数据
在FLASH编程前要先确定目标地址是否已经被擦除,有两种擦除方式:页擦除和整片擦除。页擦除过程如图:
从上图可以看出,STM32 的页擦除顺序为:
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’,选择为页擦除
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’ ,开始擦除
⑥等待 BSY 位变为’0’ 读出被擦除的页并做验证
常用库函数
锁定解锁函数
void FLASH_Unlock(void);//解锁函数
void FLASH_Lock(void);//锁定函数
写操作函数
FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data);//32位字写入,实际上是写两次16字节
FLASH_Status FLASH_ProgramHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data);//16位半字写入
FLASH_Status FLASH_ProgramOptionByteData(uint32_t Address, uint8_t Data);//用户选择字节写入
擦除函数
FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address);//页擦除
FLASH_Status FLASH_EraseAllPages(void);//全片擦除
FLASH_Status FLASH_EraseOptionBytes(void);//用户选择字节擦除
获取flash状态
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;
等待操作完成函数
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);
正点原子函数解析
STMFLASH_ReadHalfWord
//读取指定地址的半字(16位数据)
//faddr:读地址(此地址必须为2的倍数!!)
//返回值:对应数据.
u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)
{
return *(vu16*)faddr;
}
STMFLASH_Write_NoCheck
//不检查的写入,在使用此函数前需要检查要写入的地址是否已经被擦除
//WriteAddr:起始地址
//pBuffer:要写入的数据指针
//NumToWrite:半字(16位)数
void STMFLASH_Write_NoCheck(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)
{
u16 i;
for(i=0;i<NumToWrite;i++)
{
FLASH_ProgramHalfWord(WriteAddr,pBuffer[i]);//循环写入半字
WriteAddr+=2;//地址增加2.
}
}
计算机中最小的信息单位是bit,也就是一个二进制位,8个bit组成一个Byte,也就是1个字节,1个存储单元存放1个字节,每个存储单元对应一个32位(bit)地址,对于32bit的ARM CPU一个32位地址指向1个字节!所以上面写完一个半字后地址要+2。
STMFLASH_Read
//从指定地址开始读出指定长度的数据,存储在pBuffer
//ReadAddr:起始地址
//pBuffer:读取到的数据存储的位置
//NumToWrite:半字(16位)数
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.
}
}
STMFLASH_Write
//从指定地址开始写入指定长度的数据
//WriteAddr:起始地址(此地址必须为2的倍数!!)
//pBuffer:要写入的数据指针
//NumToWrite:半字(16位)数(就是要写入的16位数据的个数.)
#if STM32_FLASH_SIZE<256//判断FLASH容量,小于256K是中小容量,一页FLASH有1K字节
#define STM_SECTOR_SIZE 1024 //字节
#else
#define STM_SECTOR_SIZE 2048//大于等于256K为大容量,一页FLASH有2K字节
#endif
u16 STMFLASH_BUF[STM_SECTOR_SIZE/2];//最多是2K字节,用来存放一页读出的数据,因为写之前要擦除,为了避免数据丢失,先将数据读出,擦除FLASH,修改数据后再写回去。2k字节就是1k个半字,所以需要除以2
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; //基于0X08000000的偏移地址
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,要写入的地址相对于flash起始地址0x08000000的偏移量.
secpos=offaddr/STM_SECTOR_SIZE; //扇区地址,扇区号 0~127 for STM32F103RCT6,计算要写入的地址在哪个扇区
secoff=(offaddr%STM_SECTOR_SIZE)/2; //在扇区内的偏移(2个字节为基本单位.),取模后算出的是偏移的字节数,除以2得到半字数
secremain=STM_SECTOR_SIZE/2-secoff; //扇区剩余空间大小, STM_SECTOR_SIZE是扇区中的字节数,除以2是半字数,减去偏移就是剩下的半字数
if(NumToWrite<=secremain)secremain=NumToWrite;//如果要写的大小不大于扇区剩余大小,也就是不需要写到下一个扇区,就令剩余扇区大小等于要写的大小,后面有用。
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,secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE是扇区起始地址,STMFLASH_BUF是读取结果存储的数组,STM_SECTOR_SIZE/2是要读取的半字个数
for(i=0;i<secremain;i++)//校验数据
{
if(STMFLASH_BUF[secoff+i]!=0XFFFF)break;//如果要写入的地址遍历到扇区结束遇到了不是0XFFFF的数据,表示需要擦除
}
if(i<secremain)//如果是通过break跳出循环,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++)
{
STMFLASH_BUF[i+secoff]=pBuffer[i]; //将要写入的数据拷贝到扇区数据缓冲数组的相应位置
}
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);//如果不需要擦除就直接写数据
if(NumToWrite==secremain)break;//如果NumToWrite==secremain,表示不需要跨扇区,写入结束了
else//写入未结束
{
secpos++; //扇区地址增1,写下一个扇区
secoff=0; //偏移位置为0 ,从下一个扇区开头开始写
pBuffer+=secremain; //指针偏移,要写的数据指针偏移已经写过的部分
WriteAddr+=secremain; //写地址偏移,要写的地址也要偏移已经写过的部分
NumToWrite-=secremain; //字节(16位)数递减,还需要写的半字个数减去已经写完的部分
if(NumToWrite>(STM_SECTOR_SIZE/2))secremain=STM_SECTOR_SIZE/2;//如果要写的数据大于一个扇区的个数,下一个扇区还是写不完,就把剩余扇区大小等于整个扇区的半字数,即下一个扇区写满
else secremain=NumToWrite;//下一个扇区可以写完了,再循环一次就会跳出了
}
};
FLASH_Lock();//上锁
}