STM32 FLASH操作

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。
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。
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 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。
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。
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。
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。读接口在闪存端包含一个读控制器，还包含一个 AHB 接口与 CPU 衔接。这个接口的主要工作是产生读闪存的控制信号并预取 CPU 要求的指令块，预取指令块仅用于在 I-Code 总线上的取指操作，数据常量是通过 D-Code 总线访问的。这两条总线的访问目标是相同的闪存模块，访问 D-Code 将比预取指令优先级高。
这里要特别留意一个闪存等待时间，因为 CPU 运行速度比 FLASH 快得多， STM32F103的 FLASH 最快访问速度≤24Mhz，如果 CPU 频率超过这个速度，那么必须加入等待时间，比如我们一般使用72Mhz的主频，那么FLASH等待周期就必须设置为2，该设置通过FLASH_ACR寄存器设置。
例如，我们要从地址 addr，读取一个半字（半字为 16 为，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。相对 FLASH 读取来说， STM32FLASH 的写就复杂一点了，下面是 STM32 闪存的编程和擦除。
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)
其中 FPEC 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。
STM32 闪存的编程每次必须写入 16 位（不能单纯的写入 8 位数据哦！），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’ )，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。
同样， 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。
STM23 的 FLASH 编程过程如图所示

从上图可以得到闪存的编程顺序如下：
 检查 FLASH_CR 的 LOCK 是否解锁，如果没有则先解锁
 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
 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
 等待 BSY 位变为’ 0’
 读出写入的地址并验证数据
前面提到，我们在 STM32 的 FLASH 编程的时候，要先判断缩写地址是否被擦除了，所以，我们有必要再介绍一下 STM32 的闪存擦除， STM32 的闪存擦除分为两种：页擦除和整片擦除。
页擦除过程如图所示

从上图可以看出， STM32 的页擦除顺序为：
 检查 FLASH_CR 的 LOCK 是否解锁，如果没有则先解锁
 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
 设置 FLASH_CR 寄存器的 PER 位为’ 1’
 用 FLASH_AR 寄存器选择要擦除的页
 设置 FLASH_CR 寄存器的 STRT 位为’ 1’
 等待 BSY 位变为’ 0’
 读出被擦除的页并做验证
整片擦除过程如图所示
可以用整片擦除功能擦除所有用户区的闪存，信息块不受此操作影响。建议使用下述过程：
 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；
 设置FLASH_CR寄存器的MER位为’1’；
 设置FLASH_CR寄存器的STRT位为’1’；
 等待BSY位变为’0’；
 读出所有页并做验证。
FPEC 键寄存器： FLASH_KEYR

该寄存器主要用来解锁 FPEC，必须在该寄存器写入特定的序列（KEY1 和 KEY2）解锁后，才能对 FLASH_CR 寄存器进行写操作。
闪存控制寄存器： FLASH_CR

LOCK 位，该位用于指示 FLASH_CR 寄存器是否被锁住，该位在检测到正确的解锁序列后，硬件将其清零。在一次不成功的解锁操作后，在下次系统复位之前，该位将不再改变。
STRT 位，该位用于开始一次擦除操作。在该位写入 1 ，将执行一次擦除操作。
PER 位，该位用于选择页擦除操作，在页擦除的时候，需要将该位置 1。
PG 位，该位用于选择编程操作，在往 FLASH 写数据的时候，该位需要置 1。
闪存状态寄存器： FLASH_SR

该寄存器主要用来指示当前 FPEC 的操作编程状态。
闪存地址寄存器： FLASH_AR

该寄存器主要用来设置要擦除的页。
下面是 STM32 的官方固件库操作 FLASH 的几个常用函数。 这些函数和定义分布在文件 stm32f10x_flash.c 以及 stm32f10x_flash.h 文件中。
1. 锁定解锁函数
上面讲解到在对 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） ,固件库函数实现很简单：
void FLASH_Unlock(void)；
同样的道理，在对 FLASH 写操作完成之后，我们要锁定 FLASH，使用的库函数是：
void FLASH_Lock(void)；
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);
顾名思义分别为： 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。
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);
这三个函数顾名思义， 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。
4. 获取 FLASH 状态
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;
从这里面我们可以看到 FLASH 操作的 5 个状态，每个代表的意思我们在后面注释了。
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。
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，这里可以写一个函数：
u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)
{
return (vu16)faddr;
}
STMFLASH_Write函数思路

1.根据要写的起始地址，确定要写的起始区域的sector（页）号以及在起始sector中的偏移量。
2.根据要写的起始地址和字节数，确定要写的数据是否跨sector。
3.确定好要操作的sector和sector的地址范围。
4.对每一个sector，先遍历要写的地址区域保存的数据是不是0xff（擦除），如果都是，就不用擦除。如果有不是0xff的区域，先读出里面的数据，保存在缓存STMFLASH_BUF，再擦除sector里面的内容。然后把这个sector要操作的数据，更新到缓存。最后一次性把缓存STMFLASH_BUF的数据写入到这个对应的sector。
（1k是1024个字节）
STMFLASH_Write代码：

#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（第几页）
	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;   //实际偏移地址（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（不能小于最小地址且不能大于最大地址）
	FLASH_Unlock();						//解锁
	offaddr=WriteAddr-STM32_FLASH_BASE;		//实际偏移地址.
	secpos=offaddr/STM_SECTOR_SIZE;			//扇区地址（在第几页）  0~127 for STM32F103RBT6
	secoff=(offaddr%STM_SECTOR_SIZE)/2;		//在扇区内的偏移(/2是要以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（所写数据在该页可以写完）
	
	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
		//第一个参数是起始地址，第二个是缓存数组，第三个是读取的数据个数（以半字为单位）
		for(i=0;i<secremain;i++)//校验需要写入数据的地址范围内的数据是否需要擦除（从secoff到secoff+secremain）
		{
			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];//将要写入的数据更新到对应地址 
			}
			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（没有跨页）
		else//写入未结束（需要跨页）
		{
			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，从新的一页起始地址开始		   
		   	NumToWrite-=secremain;	//字节(16位)数递减，减去已写字节数
			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