2018年07月01日 | STM32----FLASH掉电保存动态平衡方案

      stm32是支持对自身Flash（code区）进行读写的。所以，在某些需要掉电保存的场合，我们可以利用这一特性节省一个外部的Flash或者EEPROM，对数据进行保存。

     但是，如果需要经常性的保存数据，就会对固定地址的Flash进行频繁的擦写，大大损耗Flash的寿命。在这种时候，就需要用到动态平衡的方法进行处理了。原理：

一、Flash擦写寿命

       根据网上查阅的资料，单个NOR Flash地址的寿命，是受擦写次数的影响的。再具体一点，单个地址上的每个位，分别独立。比如0x08011000这个地址，共有8个bit，假设我一直令这个地址的数据循环为0x01与0x00。那么bit0位就会一直被擦写。循环几万次后bit0位就有可能损坏而不能擦写。但是bit0损坏并不影响其他位的功能，比如bit1位，还是能正常使用。

二、stm32读写NOR Flash

      stm32读写自身Flash是半字的，也就是说一次读或者写都是两个字节的。所以下面的标志域也好，数据域也好，都是按照半字为单位进行统计的。

三、平衡方案

假设我们打算在0x08001000这个地址开始，利用数据域为Count个半字大小的空间，进行数据存储。将Flash分为3个区域。

1、初始化标志域

2、标志域

3、数据域

（1）初始化标志域：用来存储起始地址（Addr），以及数据域的半字的个数（Count）。且在初始化时进行判断，当起始地址或者数据域个数发生变化，重新进行初始化。

（2）标志域：标志域半字的个数 = 数据域半字个数除以16。每个标志域半字管理着16个数据半字。标志域半字里面的每一个bit，对应着数据的一个半字。比如标志域第一个半字为0x0001，代表着数据域的第一个半字已经被写过了。此时如果需要存储数据，应存储到数据域的第二个半字，且在存储完成后将标志域的第一个半字左移1位并+1，令其变为：0x0003。下一次，则应在数据域第三个半字进行存储数据，且存储完成后标志域变为：0x0007。

        这么做的目的，是平衡利用标志域的每一个bit，使它们擦写次数一致。

（3）数据域：存储着我们想要掉电保存的数据。这个区域占用空间很大，每存储一次数据变换一次地址，直到整个数据域都被存储了一遍。

（4）标志域与数据域对应关系：第一个标志域半字对应着前16个数据域半字，第二个对应着接下来的16个。以此类推。

        如起始地址为：0x08001000，那标志域的第一个半字地址为：0x08001006与0x08001007这两个字节（stm32读写半字）

        这个地址的数据假设为0x0001，即：0000 0000 0000 0001，这里的bit0为1，对应着数据域第一个半字地址，且为1则

        表示上次数据存储在第一个半字，bit1为0对应着数据域的第二个半字地址。以此类推bit15就对应着数据域第16个数据域

        半字。第二个标志域半字，它的bit0就对应着数据域的第17个半字，bit1对应第18个。。。。。。

（5）假设从0x08018000这个地址开始，Count数量为16进行存储。存储了4次，第一次数据是0x1111，第二次是0x2222第三次0x3333，第四次0x4444，那么在Flash这些数据分布将如下：

四、程序流程

（1）初始化：

        1、读取Flash上的Addr与Count，与当前输入的Addr与Count对比，不一致则进行初始化。

        2、如果需要初始化，则将标志域所有半字清零，且将当前Addr与Count写进初始化标志域。

（2）写数据：

        1、遍历标志域，判断是否存在不为0xffff的地址

        2、若是标志域所有地址都为0xffff，则清零标志域，数据存储在数据域第一个半字地址

        3、若是有标志域地址不为0xffff，则遍历出为0的最低位，然后将数据存储在对应的数据域半字地址。

（3）读数据

        过程与写数据类似，目的在于读取出数据域中最晚存储的数据。

五、代码

/*****************************读写内部Flash部分代码***************************/

#include  "bsp_stm32flash.h"

//代码转自原子stm32战舰开发板

//读半字

u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)

{

return *(vu16*)faddr;

}

//写16位数据，不校验

void STMFLASH_Write_NoCheck(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)

{

u16 i;

for(i=0;i

{

 FLASH_ProgramHalfWord(WriteAddr,pBuffer[i]);

 WriteAddr+=2;//地址增加 2.

  }

}

#define STM_SECTOR_SIZE 1024 //字节

u16 STMFLASH_BUF[STM_SECTOR_SIZE/2];//最多是2K字节

//1， 该地址必须是用户代码区以外的地址。

//2， 该地址必须是 2 的倍数。

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+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

{

if(STMFLASH_BUF[secoff+i]!=0XFFFF)break;//需要擦除    

}

if(i

{

FLASH_ErasePage(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE);//擦除这个扇区

for(i=0;i

{

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

}

//从指定地址开始读出指定长度的数据

//ReadAddr:起始地址

//pBuffer:数据指针

//NumToWrite:半字(16位)数

void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToRead)  

{

u16 i;

for(i=0;i

{

pBuffer[i]=STMFLASH_ReadHalfWord(ReadAddr);//读取2个字节.

ReadAddr+=2;//偏移2个字节.

}

}

/*******************头文件******************/

#ifndef __bsp_stm32flash_H

#define __bsp_stm32flash_H

#include "stm32f10x.h"

#define STM32_FLASH_SIZE 256 //所选STM32的FLASH容量大小(单位为K)

//FLASH起始地址

#define STM32_FLASH_BASE 0x08000000 //STM32 FLASH的起始地址

u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr);  //读出半字  

void STMFLASH_WriteLenByte(u32 WriteAddr,u32 DataToWrite,u16 Len); //指定地址开始写入指定长度的数据

u32 STMFLASH_ReadLenByte(u32 ReadAddr,u16 Len); //指定地址开始读取指定长度数据

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

/*************************平衡方案代码*********************/

//Flash管理

typedef struct   

{

   u32 Addr;    //数据存储起始地址，注意不要超过Flash的最大范围

u16 Count;   //数据域的半字数，应为16的倍数

}Flash_Man;

Flash_Man  F_S;

//Addr： 数据存储起始地址，注意不要超过Flash的最大范围

//Count：数据域的半字数，应为16的倍数

//返回值：0 初始化成功      1 初始化失败

u8 Flash_Init(u32 Addr,u16 Count)

{

 u16 i;

 u16 temp[3] = {0,0,0};

    u32 addr_temp = 0;

 F_S.Count = Count;

 F_S.Addr  = Addr;

/*******读取初始化标志块数据并比较，判断是否已初始化*******/

 STMFLASH_Read(Addr,temp,3);

addr_temp = (temp[0]<<16) + temp[1];

 if(temp[2] == Count && addr_temp == Addr)  

{

 return 1;   

}

 if( (Count%16) != 0 || Count == 0) return 2;    //排除错误的Count值

/*********************标志域清0***********************/

temp[0] = 0;

    for(i=0;i

{

STMFLASH_Write(F_S.Addr+6+i*2,temp,1);  

}

/*************将Addr与Count写入初始化标志块****************/

temp[0] = Addr>>16;

temp[1] = Addr&0x0000ffff;

temp[2] = Count;

STMFLASH_Write(F_S.Addr,temp,3); 

 return 0;

}

void STM32Write(u16 pdat)

{

 u16 temp = 0;

 u16 i,j;

    u16 buff;

 u32 Add_Flag=F_S.Addr+6,DataAddr;      

for(i=0;i

{

 STMFLASH_Read(Add_Flag+i*2,&buff,1);        //读取标志域数据到缓冲区

   if(buff!=0xffff) break;                     //判断是否存在未被写入的数据块

}

if(i==F_S.Count/16)        //遍历完不能找到空闲的标志位

{

   for(i=0;i

{

STMFLASH_Write(Add_Flag+i*2,&temp,1);        //标志域清0

}    

 temp = 1;

 STMFLASH_Write(Add_Flag,&temp,1);                //标志域第一个地址块第一个位设为已写状态  

 STMFLASH_Write(Add_Flag+F_S.Count/16*2,&pdat,1); //在数据域第一个地址块写入数据

}

else                       //遍历完找到空闲的标志位

{

 temp = (buff<<1) + 1;  //标志位进位

 for(j=0;j<16;j++)      //找到空闲标志位的空闲bit

{

    if(buff&0x0001) buff>>=1;

  else               break;

}

   DataAddr = Add_Flag + F_S.Count/16*2 + i*16*2 + j*2;    //计算数据应被写入的地址  

 STMFLASH_Write(Add_Flag+i*2,&temp,1);  //写入标志位

 STMFLASH_Write(DataAddr,&pdat,1);      //写入数据

}

}

u16 STM32Read(void)

{

 u16 temp = 0;

 u16 i,j;

    u16 buff;

 u32 Add_Flag=F_S.Addr+6,DataAddr;      

for(i=0;i

{

 STMFLASH_Read(Add_Flag+i*2,&buff,1);        //读取标志域数据到缓冲区

   if(buff!=0xffff) break;                     //判断是否存在未被写入的数据块

}

if(i==F_S.Count/16)    //遍历完不能找到空闲的标志位

{

   STMFLASH_Read(Add_Flag + F_S.Count/8 + F_S.Count*2 - 2,&temp,1);

}

else                   //遍历完找到空闲的标志位

{

 for(j=0;j<16;j++)  //找到空闲标志位的空闲bit

{

    if(buff&0x0001) buff>>=1;

  else               break;

}

  DataAddr = Add_Flag + F_S.Count/8 + i*16*2 + j*2 -2;    //计算数据应被读取的地址  

STMFLASH_Read(DataAddr,&temp,1);      //读取数据

}

return temp;

}

初始化：

执行完毕：

六、补充

       1、代码并没有实现所有功能，例如数据校验。当某个地址擦写失效，应该跳过并将数据存储在下一地址。这里只是简单的实现了动态的平衡存储。一个bit管理2个字节的数据，所以效率约为 16/17 = 94%，这里忽略了初始化标志域的空间。

        2、STM32F1  NOR Flash的擦写是支持page擦除的，如果将数据存储在某个page，然后page还有其他的数据。那么擦除 的时候是会将其他数据也擦除的。虽然程序有缓存page数据功能不会丢失数据，但建议单独用一个page进行数据的存储。且其他系列，如F2系列只支持sector擦除，F2 Flash的后面几个sector容量高达128KB，不利于我们进行数据管理。这种情况应用其他方案。如前面一个sector（16KB）存储数据，程序存在后面的sector。这里涉及IAP，不祥述。       

        3、还有其他的功能，比如说同时存储或读取多个数据，并没有延伸。有需要的可以自己研究研究