2023年03月21日 | STM32CubeMX系列 | STM32内部FLASH

1. 内部FLASH简介

之前的文章中介绍过STM32F1利用SPI与外部FLASH（W25QXX芯片）通讯的例程，本例程将介绍STM32F1的内部FLASH，通过内部FLASH实现数据读写操作。 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。此处我们使用的是STM32F103ZET6，其FLASH容量为512K字节，属于大容量产品，大容量产品的闪存模块组织图如下图示

STM32F1的闪存模块由：主存储器、信息块和闪存存储器接口寄存器3部分组成

• 主存储器：用来存放代码和数据常量，起始地址是0x08000000，BOOT0和BOOT1都接GND时，就是从该起始地址运行代码的

• 信息块：分为2个小部分，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，BOOT0接3.3V，BOOT1接GND时，运行的就是这部分代码；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：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，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。

下面介绍闪存的读取、编程和擦除：

<1>. 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，要从地址addr，读取一个半字，可通过如下语句读取： data = *(__IO uint16_t*)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

<2>. 闪存的编程 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，它们分别是：

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键寄存器共有3中键值： PDPRT=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，才能操作相关寄存器。 闪存编程过程如下图所示：

<3>. 闪存的擦除 闪存编程的时候，要先判断其写入地址的FLASH是被擦除了的（也就是其值必须是0xFFFF），否则无法写入。闪存擦除分为页擦除和整片擦除。 闪存页擦除过程如下图示：

官方固件HAL库FLASH操作的几个常见函数：

//源文件: stm32f1xx_hal_flash.c和stm32f1xx_hal_flash_ex.c

HAL_FLASH_Unlock(void); //解锁函数

HAL_FLASH_Lock(void);   //锁定函数

HAL_FLASH_Program(uint32_t TypeProgram, uint32_t Address, uint64_t Data);   //写操作函数

HAL_FLASHEx_Erase(FLASH_EraseInitTypeDef *pEraseInit, uint32_t *SectorError);   //擦除函数

HAL_FLASH_WaitForLastOperation(uint32_t Timeout);   //等待操作完成函数

2. 硬件设计

D1指示灯用来提示系统运行状态，K_UP按键用来控制FLASH的数据写入，K_DOWN按键用来控制FLASH的数据读取，数据的写入与读取信息通过串口1打印出来

• D1指示灯

• K_UP和K_DOWN按键

• USART1

• STM32F1内部FLASH

3. 软件设计

3.1 STM32CubeMX设置

• RCC设置外接HSE，时钟设置为72M

• PC0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平

• USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位

• PA0设置为GPIO输入模式、下拉模式；PE3设置为GPIO输入模式、上拉模式

3.2 MDK-ARM编程

• 创建按键驱动文件key.c 和相关头文件key.h，驱动代码参考按键输入例程

• 创建FLASH驱动文件stmflash.c 和相关头文件stmflash.h

uint16_t STMFLASH_ReadHalfWord(uint32_t faddr){     //读取指定地址的半字

    return *(__IO uint16_t*)faddr; 

}

void STMFLASH_Write_NoCheck(uint32_t WriteAddr,uint16_t *pBuffer,uint16_t NumToWrite){  //不检查的写入                 

    uint16_t i;

    for(i=0;i        HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD,WriteAddr,pBuffer[i]);

      WriteAddr+=2;     //一个地址对应8bits，写入半字，所以地址加2

    }  

} 

#define STM_SECTOR_SIZE 2048    //大容量STM32的扇区大小为2K字节

uint16_t STMFLASH_BUF[STM_SECTOR_SIZE/2];

void STMFLASH_Write(uint32_t WriteAddr,uint16_t *pBuffer,uint16_t NumToWrite){

    uint32_t secpos;       //扇区地址

    uint16_t secoff;       //扇区内偏移地址

    uint16_t secremain;    //扇区内剩余地址       

    uint16_t i;    

    uint32_t offaddr;      //去掉0x08000000后的地址

    if(WriteAddr=(STM32_FLASH_BASE+1024*512)))  //STM32F103ZET6的FALSH大小是512K

    return;     //判断地址是否非法

    HAL_FLASH_Unlock();             //解锁

    offaddr=WriteAddr-STM32_FLASH_BASE;     //实际偏移地址

    secpos=offaddr/STM_SECTOR_SIZE;         //扇区地址

    secoff=(offaddr%STM_SECTOR_SIZE)/2;     //扇区内的偏移

    secremain=STM_SECTOR_SIZE/2-secoff;     //扇区剩余空间大小   

    if(NumToWrite<=secremain)

        secremain=NumToWrite;       //小于或等于扇区范围

    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_PageErase(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE);   //擦除该扇区

            FLASH_WaitForLastOperation(FLASH_WAITETIME);                //等待上次操作完成

            CLEAR_BIT(FLASH->CR, FLASH_CR_PER);                         //清除CR寄存器的PER位

            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{

            FLASH_WaitForLastOperation(FLASH_WAITETIME);            //等待上次操作完成

            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++;                   //扇区地址加1

            secoff=0;                   //偏移位置为0

            pBuffer+=secremain;         //指针偏移

            WriteAddr+=secremain*2;     //写地址偏移

            NumToWrite-=secremain;      //字节数递减

            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

        }    

    };  

    HAL_FLASH_Lock();       //上锁

}

void STMFLASH_Read(uint32_t ReadAddr,uint16_t *pBuffer,uint16_t NumToRead){

    uint16_t i;

    for(i=0;i        pBuffer[i]=STMFLASH_ReadHalfWord(ReadAddr);     //读取2个字节

        ReadAddr+=2;        //偏移2个字节    

    }

}

在main.c文件下编写STM32 flash测试代码

/* USER CODE BEGIN PV */

const uint8_t Text_Buf[] = {"STM32F103ZET6 FLASH TEST"};

#define TEXTSIZE sizeof(Text_Buf)

#define FLASH_SAVE_ADDR 0x08070000  //设置FLASH保存地址（要大于FLASH起始地址）

/* USER CODE END PV */

void SystemClock_Config(void);

int main(void){

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  uint8_t key;

  uint8_t Read_Buf[TEXTSIZE];

  /* USER CODE END 1 */

  HAL_Init();

  SystemClock_Config();

  MX_GPIO_Init();

  MX_USART1_UART_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */

  printf("STM32 Flash Test...rn");

  /* USER CODE END 2 */

  while (1){

    key = KEY_Scan(0);

    if(key == KEY_UP_PRES){

        STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR,(uint16_t *)Text_Buf,TEXTSIZE);

        printf("FLASH Write : %srn",Text_Buf);

    }

    if(key == KEY_DOWN_PRES){

        STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR,(uint16_t *)Read_Buf,TEXTSIZE);

        printf("FLASH Read : %srn",Read_Buf);

    }

    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);

    HAL_Delay(200);

  }

}

4. 下载验证

编译无误下载到开发板后，可以看到D1指示灯不断闪烁，当按下K_UP按键后数据写入到FLASH内，当按下K_DOWN按键后将写入的数据读取出来，同时串口打印出相应信息