2021年10月29日 | stm32专题二十九：Flash 读写保护

设置Flash的读写保护，其实就是操作内部Flash的选项字节。

选项字节在内部Flash的主存储页之后，由于是Flash，不能像内存RAM一样随意写入。由于Flash的写入特性，只能将 1 写成 0，而如果要确保写入数据的绝对正确，则需要先擦除再写入。如果直接对Flash写入，则只能确保写入 0 值是正确的。

选项字节，可以认为是掉电不会丢失的寄存器（Flash空间）。就是用Flash介质来存储配置，要修改选项字节，跟修改Flash一样。

RDP 读保护字节描述（可以通过j-link或st-link读Flash 加密等）：

RDP配置方式：

2个数据字节 Data0 Data1

3 设置写保护

RDP 读保护

修改选项字节的 RDP 位的值可设置内部 FLASH 为以下保护级别：

读保护的解除，必须要上电复位才可以。

WRP 写保护

使用选项字节的 WRP0/1/2/3 可以设置主 FLASH 的写保护，防止它存储的程序内容被修改。

1 设置写保护

       写保护的配置一般以 4K 字节为单位，除 WRP3 的最后一位比较特殊外，每个WRP 选项字节的一位用于控制 4K 字节的写访问权限， 把对应 WRP 的位置 0 即可把它匹配的空间加入写保护。被设置成写保护后，主 FLASH 中的内容使用任何方式都不能被擦除和写入，写保护不会影响读访问权限，读访问权限完全由前面介绍的读保护设置限制。

2 解除写保护

       解除写保护是逆过程，把对应 WRP 的位置 1 即可把它匹配的空间解除写保护。解除写保护后，主 FLASH 中的内容不会像解读保护那样丢失，它会被原样保留。

修改选项字节的过程

Flash_CR寄存器，操作选项字节的位描述：

操作选项字节的固件库函数：

结构体和宏定义：

/** 

  * @brief Option Bytes Registers

  */

typedef struct

{

  __IO uint16_t RDP;

  __IO uint16_t USER;

  __IO uint16_t Data0;

  __IO uint16_t Data1;

  __IO uint16_t WRP0;

  __IO uint16_t WRP1;

  __IO uint16_t WRP2;

  __IO uint16_t WRP3;

} OB_TypeDef;

#define OB                  ((OB_TypeDef *) OB_BASE) 

#define OB_BASE               ((uint32_t)0x1FFFF800)    /*!< Flash Option Bytes base address */

注意，这里的RDP定义成16位，但实际上的RDP只有8位。这里是把RDP和nRDP连续两个寄存器合起来。当向选项字节RDP写入时，stm32会把nRDP会自动取反并写入。

设置Flash写保护使能函数：

/* 宏定义，对应WRP寄存器的相应位 */

#define FLASH_WRProt_Pages0to1         ((uint32_t)0x00000001) 

#define FLASH_WRProt_Pages2to3         ((uint32_t)0x00000002) 

#define FLASH_WRProt_Pages4to5         ((uint32_t)0x00000004) 

#define FLASH_WRProt_Pages6to7         ((uint32_t)0x00000008) 

#define FLASH_WRProt_Pages8to9         ((uint32_t)0x00000010) 

/* FLASH Mask 掩码，用于取出页码的对应位 */

#define RDPRT_Mask               ((uint32_t)0x00000002)

#define WRP0_Mask                ((uint32_t)0x000000FF)

#define WRP1_Mask                ((uint32_t)0x0000FF00)

#define WRP2_Mask                ((uint32_t)0x00FF0000)

#define WRP3_Mask                ((uint32_t)0xFF000000)

/* 因为是 0 写保护，所以要对Flash页码来取反 */

FLASH_Pages = (uint32_t)(~FLASH_Pages);

/* 取出对应的WPR寄存器要写入的值，如果该页不写保护，则应该是0XFF */

WRP0_Data = (uint16_t)(FLASH_Pages & WRP0_Mask);

WRP1_Data = (uint16_t)((FLASH_Pages & WRP1_Mask) >> 8);

WRP2_Data = (uint16_t)((FLASH_Pages & WRP2_Mask) >> 16);

WRP3_Data = (uint16_t)((FLASH_Pages & WRP3_Mask) >> 24);

/* 没有先擦除选项字节，而是直接修改WRP寄存器的对应位，但是会存在一个问题，

   Flash只能把1改写成0，因此写保护是能生效的。但是，如果想要解除某页的写保护，

   无法使用这个函数，只能擦除选项字节 */

FLASH_EnableWriteProtection

/* 写保护所有页，直接0XFFFF FFFF，则取反后所有的位全为0，那么所有的WRP寄存器全部写入0 */

/* 解除写保护所有页，要先全部擦除选项字节，再0X0000 0000，取反后全为FFFF FFFF，那么所有

   WPR寄存器全为1，都不设置写保护  */

注意，这里有对CR寄存器进行操作，因此要先对Flash进行解锁。

设置读保护FLASH_ReadOutProtection函数：

注意：在设置Flash读写保护时，一定要预留一个接口（串口 按键等都可以），来解除Flash的读写保护，不然很有可能导致芯片报废了。另外，由于Flash的特性，在操作Flash之前，最好先进行擦除操作，不然可能会设置出错。

示例：利用按键功能，来设置 / 解除 读写保护

写保护例程：

**

  * @brief  反转写保护的配置，用于演示

          若芯片处于写保护状态，则解除，

若不是写保护状态，则设置成写保护

  * @param  无

  * @retval 无

  */

void WriteProtect_Toggle(void)

{

/* 获取写保护寄存器的值进行判断，寄存器位为0表示有保护，为1表示无保护 */

/*  若不等于0xFFFFFFFF，则说明有部分页被写保护了 */

if(FLASH_GetWriteProtectionOptionByte() != 0xFFFFFFFF )

{

FLASH_DEBUG("芯片处于写保护状态，即将执行解保护过程...");

//解除对FLASH_CR寄存器的访问限制

FLASH_Unlock();

/* 擦除所有选项字节的内容，操作之前先进行擦除 */

FLASH_EraseOptionBytes();

/* 对所有页解除，这一句不加，应该也可以解锁写保护，因为选项字节被擦除至全为1 */

FLASH_EnableWriteProtection(0x00000000);

FLASH_DEBUG("配置完成，芯片将自动复位加载新配置，复位后芯片会解除写保护状态rn");

/* 复位芯片，以使选项字节生效 */

NVIC_SystemReset();

}

else //无写保护

{

FLASH_DEBUG("芯片处于无写保护状态，即将执行写保护过程...");

//解除对FLASH_CR寄存器的访问限制

FLASH_Unlock();

/* 先擦除所有选项字节的内容，防止因为原有的写保护导致无法写入新的保护配置 */

FLASH_EraseOptionBytes();

/* 对所有页进行写保护 */

FLASH_EnableWriteProtection(FLASH_WRProt_AllPages);

FLASH_DEBUG("配置完成，芯片将自动复位加载新配置，复位后芯片会处于写保护状态rn");

/* 复位芯片，以使选项字节生效 */

NVIC_SystemReset();

}

}

读保护例程：

/**

  * @brief  反转读保护的配置，用于演示

          若芯片处于读保护状态，则解除，

若不是读保护状态，则设置成读保护

  * @param  无

  * @retval 无

  */

void ReadProtect_Toggle(void)

{

if(FLASH_GetReadOutProtectionStatus () == SET )

{

FLASH_DEBUG("芯片处于读保护状态rn");

//解除对FLASH_CR寄存器的访问限制

FLASH_Unlock();

FLASH_DEBUG("即将解除读保护，解除读保护会把FLASH的所有内容清空");

FLASH_DEBUG("由于解除后程序被清空，所以后面不会有任何提示输出");

FLASH_DEBUG("等待20秒后即可给芯片下载新的程序...rn");

FLASH_ReadOutProtection (DISABLE);

//即使在此处加入printf串口调试也不会执行的，因为存储程序的整片FLASH都已被擦除。

FLASH_DEBUG("由于FLASH程序被清空，所以本代码不会被执行，串口不会有本语句输出（SRAM调试模式下例外）rn");

}

else

{

FLASH_DEBUG("芯片处于无读保护状态，即将执行读保护过程...rn");

//解除对FLASH_CR寄存器的访问限制

FLASH_Unlock();

FLASH_ReadOutProtection (ENABLE);

printf("芯片已被设置为读保护，上电复位后生效（必须重新给开发板上电，只按复位键无效）rn");

printf("处于保护状态下无法正常下载新程序，必须要先解除保护状态再下载rn");

}

}

这些函数，本质上都是操作寄存器。实施起来其实并不复杂，但是不敢轻易尝试（即使我确定解除程序正确），因为一旦失败，可能芯片就报废了，永远无法写入，很矛盾。所以，使用J-Flash或者ST-Link来设置保护比较稳妥。

附加：

读保护等级：

在使用 hal 库来设置FLASH读保护时，看到有一个读保护等级的配置如下：

typedef struct

{

  uint32_t OptionType;  /*!< OptionType: Option byte to be configured.

                             This parameter can be a value of @ref FLASHEx_OB_Type */

  uint32_t WRPState;    /*!< WRPState: Write protection activation or deactivation.

                             This parameter can be a value of @ref FLASHEx_OB_WRP_State */

  uint32_t WRPPage;     /*!< WRPPage: specifies the page(s) to be write protected

                             This parameter can be a value of @ref FLASHEx_OB_Write_Protection */

  uint8_t RDPLevel;     /*!< RDPLevel: Set the read protection level..

                             This parameter can be a value of @ref FLASHEx_OB_Read_Protection */

  uint8_t USERConfig;   /*!< USERConfig: Program the FLASH User Option Byte: 

                             IWDG / STOP / STDBY / BOOT1 / VDDA_ANALOG / SRAM_PARITY

                             This parameter can be a combination of @ref FLASHEx_OB_IWatchdog, @ref FLASHEx_OB_nRST_STOP,

                             @ref FLASHEx_OB_nRST_STDBY, @ref FLASHEx_OB_BOOT1, @ref FLASHEx_OB_VDDA_Analog_Monitoring and

                             @ref FLASHEx_OB_RAM_Parity_Check_Enable */

  uint32_t DATAAddress; /*!< DATAAddress: Address of the option byte DATA to be programmed

                             This parameter can be a value of @ref FLASHEx_OB_Data_Address */

  uint8_t DATAData;     /*!< DATAData: Data to be stored in the option byte DATA

                             This parameter must be a number between Min_Data = 0x00 and Max_Data = 0xFF */  

} FLASH_OBProgramInitTypeDef;

可以看到，这里有一个RDPLevel的结构体成员，然后会调用下面这个函数来写入RDP寄存器：

/**

  * @brief  Set the read protection level.

  * @param  ReadProtectLevel specifies the read protection level.

  *         This parameter can be one of the following values:

  *            @arg @ref OB_RDP_LEVEL_0 No protection

  *            @arg @ref OB_RDP_LEVEL_1 Read protection of the memory

  *            @arg @ref OB_RDP_LEVEL_2 Full chip protection

  * @note   Warning: When enabling OB_RDP level 2 it's no more possible to go back to level 1 or 0

  * @retval HAL status

  */

static HAL_StatusTypeDef FLASH_OB_RDP_LevelConfig(uint8_t ReadProtectLevel)

{

  HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;

  /* Check the parameters */

  assert_param(IS_OB_RDP_LEVEL(ReadProtectLevel));

  /* Wait for last operation to be completed */

  status = FLASH_WaitForLastOperation((uint32_t)FLASH_TIMEOUT_VALUE);

  if(status == HAL_OK)

  { 

    /* Clean the error context */

    pFlash.ErrorCode = HAL_FLASH_ERROR_NONE;

    /* If the previous operation is completed, proceed to erase the option bytes */

    SET_BIT(FLASH->CR, FLASH_CR_OPTER);

    SET_BIT(FLASH->CR, FLASH_CR_STRT);

    /* Wait for last operation to be completed */

    status = FLASH_WaitForLastOperation((uint32_t)FLASH_TIMEOUT_VALUE);

    /* If the erase operation is completed, disable the OPTER Bit */

    CLEAR_BIT(FLASH->CR, FLASH_CR_OPTER);

    if(status == HAL_OK)

    {

      /* Enable the Option Bytes Programming operation */

      SET_BIT(FLASH->CR, FLASH_CR_OPTPG);

      WRITE_REG(OB->RDP, ReadProtectLevel);