基于STM32的Flash读写详解

Posted 2022-06-04 跋扈洋

基于STM32的Flash读取

• ​​前言​​
• ​​介绍​​

• ​​STM32 FLASH​​
• ​​闪存的编程和擦除​​
• ​​Flash读写的标准库函数​​

• ​​软件设计​​

• ​​FLASH的读取​​

• ​​直接读取某一地址的内容​​
• ​​读取选定位置的选定大小的内容​​

• ​​FLASH的写入​​

• ​​直接使用标准库写入​​
• ​​写入选定位置的选定大小的内容​​

• ​​如何在Keil 5中查看Flash某地址的内容​​
• ​​后续​​

前言

本文主要介绍STM32多种的内部Flash读写方式和读写长文件的功能函数怎样编写。阅读完本文可以使你能够正常的完成Flash读写操作。

介绍

STM32 FLASH

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。本次实验选用的STM32 开发板是F103ZET6，其 FLASH 容量为 512K 字节，属于大容量产品（另外还有中容量和小容量产品），大容量产品的闪存模块组织如图 所示：

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)
  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，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 写入过程如图所示。
  
  STM32的Flash写入顺序如下：
• 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

Flash读写的标准库函数

1. 解锁函数：void FLASH_Unlock(void)；
   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,固件库函数实现很简单：只需要直接调用 FLASH_Unlock();即可。
2. 锁定函数：void FLASH_Lock(void)；
   有解锁当然就有上锁，为了保护Flash，读写和擦除全部需要的Flash后需要上锁，只需要调用： FLASH_Lock()；
3. 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。
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，分别为：
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
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，这里我们自己写的一个函数。

u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)

return *(vu16*)faddr; 

软件设计

FLASH的读取

直接读取某一地址的内容

因为读取FLASH并不需要解锁，我们可以直接用指针指向所读的地址，之后读取此地址的内容即可。

p = (uint32_t *)(0x08008000);
printf("\\r\\n读取内部FLASH该地址存储的内容为：0x%x",*p);

此程序就是先将0x08008000赋给指针变量P，之后将P指向地址的内容以16进制的格式输出出来。

读取选定位置的选定大小的内容

1. 首先我们编写一个函数，用以读取指定地址的半字(16位数据)。

u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)

  return *(vu16*)faddr; 

2. 从指定地址开始读出指定长度的数据

• LReadAddr: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<NumToRead;i++)
  
    pBuffer[i]=STMFLASH_ReadHalfWord(ReadAddr);//读取2个字节.
    ReadAddr+=2;//偏移2个字节. 
  

当我们想读取FLASH内容时，只需要直接调用上面的函数即可。

STMFLASH_Read(FLASH_ADDR,Temporary_storage,size);

这里FLASH_ADDR是我们要读取的起始地址，Temporary_storage是
16位的指针变量，存放我们读取到的内容， size是我们要读取的大小，值得注意的是，size是半字大小，也就是有多少个两个字节。比如我们要读取100个字节，size就可以填50。

FLASH的写入

直接使用标准库写入

首先需要先解锁

FLASH_Unlock();

写入前需要擦除当前页，对擦除有不理解的可以看我的另一篇文章：​​基于STM32的Flash擦除方式​​

FLASH_ErasePage(0x08000000+2*1024*5);

之后可以调用固件库函数，进行写入。例如向地址 0x08000000+210245 至 0x08000000+210246 地址写入数据

FLASH_ProgramWord(0x08000000+2*1024*5,0x01234567);

写入之后，不要忘了上锁。

FLASH_Lock();

写入选定位置的选定大小的内容

我们首先编写一个不检查的写入的函数。
WriteAddr:起始地址，pBuffer:数据指针，NumToWrite:半字(16位)数 。

void STMFLASH_Write_NoCheck(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)   
            
  u16 i;
  for(i=0;i<NumToWrite;i++)
  
    FLASH_ProgramHalfWord(WriteAddr,pBuffer[i]);
      WriteAddr+=2;//地址增加2.
    

之后编写函数，实现从指定地址写入指定大小的指定内容。

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||(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<secremain;i++)//校验数据
    
      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];    
      
      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(STM3210XX中读写Flash的操作

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