STM32的flash知識詳解

　　說到STM32的flash，我們的第一反應(yīng)是用來裝程序的，實際上，STM32的片內(nèi)FLASH不僅用來裝程序，還用來裝芯片配置、芯片ID、自舉程序等等。當(dāng)然， FLASH還可以用來裝數(shù)據(jù)。

　　FLASH分類

　　根據(jù)用途，STM32片內(nèi)的FLASH分成兩部分：主存儲塊、信息塊。 主存儲塊用于存儲程序，我們寫的程序一般存儲在這里。 信息塊又分成兩部分：系統(tǒng)存儲器、選項字節(jié)。 系統(tǒng)存儲器存儲用于存放在系統(tǒng)存儲器自舉模式下的啟動程序(BootLoader)，當(dāng)使用ISP方式加載程序時，就是由這個程序執(zhí)行。這個區(qū)域由芯片廠寫入BootLoader，然后鎖死，用戶是無法改變這個區(qū)域的。 選項字節(jié)存儲芯片的配置信息及對主存儲塊的保護(hù)信息。

　　FLASH的頁面

　　STM32的FLASH主存儲塊按頁組織，有的產(chǎn)品每頁1KB，有的產(chǎn)品每頁2KB。頁面典型的用途就是用于按頁擦除FLASH。從這點來看，頁面有點像通用FLASH的扇區(qū)。

　　STM32產(chǎn)品的分類

　　STM32根據(jù)FLASH主存儲塊容量、頁面的不同，系統(tǒng)存儲器的不同，分為小容量、中容量、大容量、互聯(lián)型，共四類產(chǎn)品。

　　小容量產(chǎn)品主存儲塊1-32KB，每頁1KB。系統(tǒng)存儲器2KB。

　　中容量產(chǎn)品主存儲塊64-128KB，每頁1KB。系統(tǒng)存儲器2KB。

　　大容量產(chǎn)品主存儲塊256KB以上，每頁2KB。系統(tǒng)存儲器2KB。

　　互聯(lián)型產(chǎn)品主存儲塊256KB以上，每頁2KB。系統(tǒng)存儲器18KB。

　　對于具體一個產(chǎn)品屬于哪類，可以查數(shù)據(jù)手冊，或根據(jù)以下簡單的規(guī)則進(jìn)行區(qū)分：

　　STM32F101xx、STM32F102xx 、STM32F103xx產(chǎn)品，根據(jù)其主存儲塊容量，一定是小容量、中容量、大容量產(chǎn)品中的一種，STM32F105xx、STM32F107xx是互聯(lián)型產(chǎn)品。

　　互聯(lián)型產(chǎn)品與其它三類的不同之處就是BootLoader的不同，小中大容量產(chǎn)品的BootLoader只有2KB，只能通過USART1進(jìn)行ISP，而互聯(lián)型產(chǎn)品的BootLoader有18KB，能通過USAT1、4、CAN等多種方式進(jìn)行ISP。小空量產(chǎn)品、中容量產(chǎn)品的BootLoader與大容量產(chǎn)品相同。

　　關(guān)于ISP與IAP

　　ISP(In System Programming)在系統(tǒng)編程，是指直接在目標(biāo)電路板上對芯片進(jìn)行編程，一般需要一個自舉程序(BootLoader)來執(zhí)行。ISP也有叫ICP(In Circuit Programming)、在電路編程、在線編程。

　　IAP(In Application Programming)在應(yīng)用中編程，是指最終產(chǎn)品出廠后，由最終用戶在使用中對用戶程序部分進(jìn)行編程，實現(xiàn)在線升級。IAP要求將程序分成兩部分：引導(dǎo)程序、用戶程序。引導(dǎo)程序總是不變的。IAP也有叫在程序中編程。 ISP與IAP的區(qū)別在于，ISP一般是對芯片整片重新編程，用的是芯片廠的自舉程序。而IAP只是更新程序的一部分，用的是電器廠開發(fā)的IAP引導(dǎo)程序。綜合來看，ISP受到的限制更多，而IAP由于是自己開發(fā)的程序，更換程序的時候更容易操作。

　　FPEC

　　FPEC(FLASH Program/Erase controller 閃存編程/擦除控制器)，STM32通過FPEC來擦除和編程FLASH。FPEC使用7個寄存器來操作閃存：

　　FPEC鍵寄存器(FLASH_KEYR) 寫入鍵值解鎖。

　　選項字節(jié)鍵寄存器(FLASH_OPTKEYR) 寫入鍵值解鎖選項字節(jié)操作。

　　閃存控制寄存器(FLASH_CR) 選擇并啟動閃存操作。

　　閃存狀態(tài)寄存器(FLASH_SR) 查詢閃存操作狀態(tài)。

　　閃存地址寄存器(FLASH_AR) 存儲閃存操作地址。

　　選項字節(jié)寄存器(FLASH_OBR) 選項字節(jié)中主要數(shù)據(jù)的映象。

　　寫保護(hù)寄存器(FLASH_WRPR) 選項字節(jié)中寫保護(hù)字節(jié)的映象。

　　鍵值

　　為了增強(qiáng)安全性，進(jìn)行某項操作時，須要向某個位置寫入特定的數(shù)值，來驗證是否為安全的操作，這些數(shù)值稱為鍵值。STM32的FLASH共有三個鍵值：

　　RDPRT鍵 = 0x000000A5 用于解除讀保護(hù)

　　KEY1 = 0x45670123 用于解除閃存鎖

　　KEY2 = 0xCDEF89AB 用于解除閃存鎖

　　閃存鎖

　　在FLASH_CR中，有一個LOCK位，該位為1時，不能寫FLASH_CR寄存器，從而也就不能擦除和編程FLASH，這稱為閃存鎖。

　　當(dāng)LOCK位為1時，閃存鎖有效，只有向FLASH_KEYR依次寫入KEY1、KEY2后，LOCK位才會被硬件清零，從而解除閃存鎖。當(dāng)LOCK位為1時，對

　　FLASH_KEYR的任何錯誤寫操作(第一次不是KEY1，或第二次不是KEY2)，都將會導(dǎo)致閃存鎖的徹底鎖死，一旦閃存鎖徹底鎖死，在下一次復(fù)位前，都無法解鎖，只有復(fù)位后，閃存鎖才恢復(fù)為一般鎖住狀態(tài)。

　　復(fù)位后，LOCK位默認(rèn)為1，閃存鎖有效，此時，可以進(jìn)行解鎖。解鎖后，可進(jìn)行FLASH的擦除編程工作。任何時候，都可以通過對LOCK位置1來軟件加鎖，軟件加鎖與復(fù)位加鎖是一樣的，都可以解鎖。

　　主存儲塊的擦除

　　主存儲塊可以按頁擦除，也可以整片擦除。

　　頁擦除

　　主存儲塊的任何一頁都可以通過FPEC的頁擦除功能擦除。 建議使用以下步驟進(jìn)行頁擦除：

　　1.檢查FLASH_SR寄存器的BSY位。以確認(rèn)沒有其他正在進(jìn)行的閃存操作。必須等待BSY位為0，才能繼續(xù)操作。

　　2.設(shè)置FLASH_CR寄存器的PER位為1。選擇頁擦除操作。

　　3.設(shè)置FLASH_AR寄存器為要擦除頁所在地址，選擇要擦除的頁。FLASH_AR的值在哪一頁范圍內(nèi)，就表示要擦除哪一頁。

　　4.設(shè)置FLASH_CR寄存器的STRT位為1，啟動擦除操作。

　　5.等待FLASH_SR寄存器的BSY位變?yōu)?，表示操作完成。

　　6.查詢FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時，表示操作成功。

　　7.讀出被擦除的頁并做驗證。擦完后所有數(shù)據(jù)位都為1。

　　整片擦除

　　整片擦除功能擦除整個主存儲塊，信息塊不受此操作影響。 建議使用以下步驟進(jìn)行整片擦除：

　　1.檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認(rèn)沒有其他正在進(jìn)行的閃存操作。

　　2.設(shè)置FLASH_CR寄存器的MER位為1。選擇整片擦除操作。

　　3.設(shè)置FLASH_CR寄存器的STRT位為1。啟動整片擦除操作。

　　4.等待FLASH_SR寄存器的BSY位變?yōu)?，表示操作完成。

　　5.查詢FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時，表示操作成功。

　　6.讀出所有頁并做驗證。擦完后所有數(shù)據(jù)位都為1。

　　主存儲塊的編程

　　對主存儲塊編程每次可以寫入16位。當(dāng)FLASH_CR寄存器的PG位為1時，在一個閃存地址寫入一個半字(16位)將啟動一次編程;寫入任何非半字的數(shù)據(jù)，F(xiàn)PEC都會產(chǎn)生總線錯誤。在編程過程中(BSY位為1時)，任何讀寫閃存的操作都會使CPU暫停，直到此次閃存編程結(jié)束。 建議使用如下步驟對主存儲塊進(jìn)行編：

　　1.檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認(rèn)沒有其他正在進(jìn)行的編程操作。

　　2.設(shè)置FLASH_CR寄存器的PG位為1。選擇編程操作。

　　3.在指定的地址寫入要編程的半字。直接用指針寫。

　　4.等待FLASH_SR寄存器的BSY位變?yōu)?，表示操作完成。

　　5.查詢FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時，表示操作成功。

　　6.讀出寫入的地址并驗證數(shù)據(jù)。

　　關(guān)于主存儲塊擦除編程操作的一些疑問

　　1. 為什么每次都要檢查BSY位是否為0?

　　因為BSY位為1時，不能對任何FPEC寄存器執(zhí)行寫操作，所以必須要等BSY位為0時，才能執(zhí)行閃存操作。

　　2. 如果沒有擦除就進(jìn)行編程，會出現(xiàn)什么結(jié)果?

　　STM32在執(zhí)行編程操作前，會先檢查要編程的地址是否被擦除，如果沒有，則不進(jìn)行編程，并置FLASH_SR寄存器的PGERR位為1。唯一例外的是，當(dāng)要編程的數(shù)據(jù)為0X0000時，即使未擦除，也會進(jìn)行編程，因為0X0000即使擦除也可以正確編程。

　　3. 為什么操作后要讀出數(shù)據(jù)并驗證?

　　STM32在某些特殊情況下(例如FPEC被鎖住)，可能根本就沒有執(zhí)行所要的操作，僅通過寄存器無法判斷操作是否成功。所以，保險起見，操作后都要讀出所有數(shù)據(jù)檢查。

　　4. 等待BSY位為1的時間以多少為合適?

　　請參考STM32固件庫中的數(shù)據(jù)。

　　5. FLASH編程手冊上說進(jìn)行閃存操作(擦除或編程)時，必須打開內(nèi)部的RC振蕩器(HSI)，是不是一定要用HIS進(jìn)行閃存的擦除及編程操作?

　　對于這點，我的理解是，進(jìn)行閃存操作時，必須要保證HIS沒有被關(guān)閉，但是操作時的系統(tǒng)仍然可以是HSE時鐘。STM32復(fù)位后，HIS默認(rèn)是開的，只要你不為了低功耗去主動關(guān)閉它，則用什么時鐘都可以進(jìn)行閃存操作的。我所編的程序也驗證了這一點。

　　選項字節(jié)

　　選項字節(jié)用于存儲芯片使用者對芯片的配置信息。

　　目前，所有的STM32101xx、STM32102xx、STM32103xx、STM32105xx、STM32107xx產(chǎn)品，選項字節(jié)都是16字節(jié)。但是這16字節(jié)，每兩個字節(jié)組成一個正反對，即，字節(jié)1是字節(jié)0的反碼，字節(jié)3是字節(jié)2的反碼，...，字節(jié)15是字節(jié)14的反碼，所以，芯片使用者只要設(shè)置8個字節(jié)就行了，另外8個字節(jié)系統(tǒng)自動填充為反碼。因此，有時候，也說STM32的選項字節(jié)是8個字節(jié)，但是占了16字節(jié)的空間。選項字節(jié)的8字節(jié)正碼概述如下：

　　RDP 字節(jié)0。讀保護(hù)字節(jié)，存儲對主存儲塊的讀保護(hù)設(shè)置。

　　USER 字節(jié)2。用戶字節(jié)，配置看門狗、停機(jī)、待機(jī)。

　　Data0 字節(jié)4。數(shù)據(jù)字節(jié)0，由芯片使用者自由使用。

　　Data1 字節(jié)6。數(shù)據(jù)字節(jié)1，由芯片使用者自由使用。

　　WRP0 字節(jié)8。寫保護(hù)字節(jié)0，存儲對主存儲塊的寫保護(hù)設(shè)置。

　　WRP1 字節(jié)10。寫保護(hù)字節(jié)1，存儲對主存儲塊的寫保護(hù)設(shè)置。

　　WRP2 字節(jié)12。寫保護(hù)字節(jié)2，存儲對主存儲塊的寫保護(hù)設(shè)置。

　　WRP3 字節(jié)14。寫保護(hù)字節(jié)3，存儲對主存儲塊的寫保護(hù)設(shè)置。

　　選項字節(jié)寫使能

　　在FLASH_CR中，有一個OPTWRE位，該位為0時，不允許進(jìn)行選項字節(jié)操作(擦除、編程)。這稱為選項字節(jié)寫使能。只有該位為1時，才能進(jìn)行選項字節(jié)操作。 該位不能軟件置1，但可以軟件清零。只有向FLASH_OPTKEYR依次寫入KEY1和KEY2后，硬件會自動對該位置1，此時，才允許選項字節(jié)操作。這稱為解鎖(打開)選項字節(jié)寫使能。該位為1后，可以由軟件清零，關(guān)閉寫使能。復(fù)位后，該位為0。錯誤操作不會永遠(yuǎn)關(guān)閉寫使能，只要寫入正確的鍵序列，則又可以打開寫使能。寫使能已打開時，再次打開，不會出錯，并且依然是打開的。 很顯然，進(jìn)行選項字節(jié)操作前，先要解開閃存鎖，然后打開選項字節(jié)寫使能，之后，才能進(jìn)行選項字節(jié)操作。

　　選項字節(jié)擦除

　　建議使用如下步驟對選項字節(jié)進(jìn)行擦除：

　　1.檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認(rèn)沒有其他正在進(jìn)行的閃存操作。

　　2.解鎖FLASH_CR寄存器的OPTWRE位。即，打開寫使能。

　　3.設(shè)置FLASH_CR寄存器的OPTER位為1。選擇選項字節(jié)擦除操作。

　　4.設(shè)置FLASH_CR寄存器的STRT位為1。

　　5.等待FLASH_SR寄存器的BSY位變?yōu)?，表示操作完成。

　　6.查詢FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時，表示操作成功。

　　7.讀出選項字節(jié)并驗證數(shù)據(jù)。

　　由于選項字節(jié)只有16字節(jié)，因此，擦除時是整個選項字節(jié)都被擦除了。

　　選項字節(jié)編程

　　建議使用如下步驟對選項字節(jié)進(jìn)行編程：

　　1.檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認(rèn)沒有其他正在進(jìn)行的編程操作。

　　2.解鎖FLASH_CR寄存器的OPTWRE位。即，打開寫使能。

　　3.設(shè)置FLASH_CR寄存器的OPTPG位為1。選擇編程操作。

　　4.寫入要編程的半字到指定的地址。啟動編程操作。

　　5.等待FLASH_SR寄存器的BSY位變?yōu)?，表示操作完成。

　　6.查詢FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時，表示操作成功。

　　7.讀出寫入的選項字節(jié)并驗證數(shù)據(jù)。 對選項字節(jié)編程時，F(xiàn)PEC使用半字中的低字節(jié)并自動地計算出高字節(jié)(高字節(jié)為低字節(jié)的反碼)，并開始編程操作，這將保證選項字節(jié)和它的反碼始終是正確的。

　　主存儲塊的保護(hù)

　　可以對主存儲塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀保護(hù)、寫保護(hù)。 讀保護(hù)用于保護(hù)數(shù)據(jù)不被非法讀出。防止程序泄密。

　　寫保護(hù)用于保護(hù)數(shù)據(jù)不被非法改寫，增強(qiáng)程序的健壯性。

　　讀保護(hù)

　　主存儲塊啟動讀保護(hù)后，簡單的說具有以下特性：

　　1.從主存儲塊啟動的程序，可以對整個主存儲塊執(zhí)行讀操作，不允許對主存儲塊的前4KB進(jìn)行擦除編程操作，可以對4KB之后的區(qū)域進(jìn)行擦除編程操作。

　　2.從SRAM啟動的程序，不能對主存儲塊進(jìn)行讀、頁擦除、編程操作，但可以進(jìn)行主存儲塊整片擦除操作。

　　3.使用調(diào)試接口不能訪問主存儲塊。這些特性足以阻止主存儲器數(shù)據(jù)的非法讀出，又能保證程序的正常運行。

　　只有當(dāng)RDP選項字節(jié)的值為RDPRT鍵值時，讀保護(hù)才被關(guān)閉，否則，讀保護(hù)就是啟動的。因此，擦除選項字節(jié)的操作，將啟動主存儲塊的讀保護(hù)。如果要關(guān)閉讀保護(hù)，必須將RDP選項字節(jié)編程為RDPRT鍵值。并且，如果編程選項字節(jié)，使RDP由非鍵值變?yōu)殒I值(即由保護(hù)變?yōu)榉潜Ｗo(hù))時，STM32將會先擦除整個主存儲塊，再編程RDP。芯片出廠時，RDP會事先寫入RDPRT鍵值，關(guān)閉寫保護(hù)功能。

　　寫保護(hù)

　　STM32主存儲塊可以分域進(jìn)行寫保護(hù)。如果試圖對寫保護(hù)的域進(jìn)行擦除或編程操作，在閃存狀態(tài)寄存器(FLASH_SR)中會返回一個寫保護(hù)錯誤標(biāo)志。STM32主存儲塊每個域4KB，WRP0-WRP3選項字節(jié)中的每一位對應(yīng)一個域，位為0時，寫保護(hù)有效。對于超過128KB的產(chǎn)品，WRP3.15保護(hù)了域31及之后的所有域。顯然，擦除選項字節(jié)將導(dǎo)致解除主存儲塊的寫保護(hù)。

　　選項字節(jié)與它的寄存器映象

　　我們知道，F(xiàn)PEC有兩個寄存器存儲了選項字節(jié)的映象。那么，選項字節(jié)本體(在FLASH中)與映象(在寄存器中)究竟有什么區(qū)別呢?

　　選項字節(jié)的本體只是個FLASH，它的作用只是掉電存儲選項字節(jié)內(nèi)容而以，真正起作用的是寄存器中的映象。即，一個配置是否有效，不是看本體，而是看映象。而映象是在復(fù)位后，用本體的值加載的，此后，除非復(fù)位，映象將不再改變。所以，更改本體的數(shù)據(jù)后，不會立即生效，只有復(fù)位加載到映象中后，才會生效。 有一點要注意的是，當(dāng)更改本體的值，使主存儲塊讀保護(hù)變?yōu)椴槐Ｗo(hù)時，會先擦除整片主存儲塊，然后再改變本體。這是唯一一個改變本體會引發(fā)的動作。但即使這樣，讀保護(hù)依然要等到復(fù)位后，加載到映象后，才會解除。

　　關(guān)于FLASH編程手冊中文版的幾處錯誤(不一定是，但是與我的理解不符)

　　1.選項字節(jié)編程一節(jié)中：

　　對FPEC解鎖后，必須分別寫入KEY1和KEY2(見2.3.1節(jié))到FLASH_OPTKEYR寄存器，再設(shè)置FLASH_CR寄存器的OPTWRE位為’1’，此時可以對選項字節(jié)進(jìn)行編程

　　實際上，對FLASH_OPTKEYR寫入KEY1和KEY2后，OPTWRE位會被硬件置1，而不是用軟件寫1。這一點在后面的寄存器描述中也可以得到驗證。 2.對讀保護(hù)的描述中：

　　對讀保護(hù)的數(shù)值對無法理解。正確的應(yīng)該是，RDP為RDPRT鍵值時，解除讀保護(hù)，為其它值時，讀保護(hù)生效。

　　看了半天，原來只要幾句就可以解決，當(dāng)然是不考慮其他功能，只是簡單的讀寫操作。

　　其中寫操作如下：

　　FLASH_Unlock(); //解鎖FLASH編程擦除控制器

　　FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY|FLASH_FLAG_EOP|FLASH_FLAG_PGERR|FLASH_FLAG_WRPRTERR);//清除標(biāo)志位

　　/*********************************************************************************

　　// FLASH_FLAG_BSY FLASH忙標(biāo)志位

　　// FLASH_FLAG_EOP FLASH操作結(jié)束標(biāo)志位

　　// FLASH_FLAG_PGERR FLASH編寫錯誤標(biāo)志位

　　// FLASH_FLAG_WRPRTERR FLASH頁面寫保護(hù)錯誤標(biāo)凈

　　**********************************************************************************/

　　FLASH_ErasePage(FLASH_START_ADDR); //擦除指定地址頁

　　FLASH_ProgramHalfWord(FLASH_START_ADDR+(addr+i)*2,dat); //從指定頁的addr地址開始寫

　　FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY|FLASH_FLAG_EOP|FLASH_FLAG_PGERR|FLASH_FLAG_WRPRTERR);//清除標(biāo)志位

　　FLASH_Lock(); //鎖定FLASH編程擦除控制器

　　從上面可以看出基本順序是：解鎖-》清除標(biāo)志位(可以不要)-》擦除-》寫半字-》清楚標(biāo)志位(也可以不要)-》上鎖。其中FLASH_START_ADDR是宏定義的0x8000000+2048*255,0x8000000是Flash的起始地址，2048是因為我用的是大容量芯片，根據(jù)上一筆記Flash地址可以看出芯片每頁容量2K，即2048字節(jié)，255表示芯片的最后一頁，這個根據(jù)不同芯片而定。之所以從后面頁寫起可以防止儲存數(shù)據(jù)破壞用戶程序。

　　addr*2是因為每個數(shù)據(jù)占用2字節(jié)(半字)，雖然寫入的是1字節(jié)數(shù)據(jù)，但是編程是2字節(jié)為單位，也就是說一個字節(jié)的數(shù)據(jù)也會占用兩個字節(jié)地址。

　　讀操作如下：

　　u16 value;

　　value = *(u16*)(FLASH_START_ADDR+(addr*2));//從指定頁的addr地址開始讀

　　我在實際的項目中發(fā)現(xiàn)，在對flash進(jìn)行寫操作時要關(guān)閉所有中斷，關(guān)于這一點是否是必須的，我沒有去進(jìn)一步了解和驗證。