STM32——FLASH闪存编程原理与步骤

一、FLASH操作介绍

（一） STM32编程方式：

1、在线编程（ICP，In-Circuit Programming）：

通过JTAG/SWD协议或者系统加载程序（Boot loader）下载用户应用程序到微控制器中。

2、在程序中编程（IAP，In Application Programming）：

通过任何一种通信接口（如IO端口，USB、CAN、USART、IIC、SPI等）下载程序或则应用数据到存储器中。也就是说，STM32允许用户在应用程序中重新烧写闪存存储器中的内容。然而，IAP需要至少有一部分程序已经使用ICP方式烧到闪存存储器中（Boot loader）。

（二）闪存模块存储器组织：

探索者STM32F407GT6的FLASH大小为1024KB（0~3四个扇区为16KB，共64KB。扇区464KB，5~117个扇区128KB。加起来总共1024KB）

（三） STM32F40x设为闪存模块由：主存储器、系统存储器、OTP区域和选项字节等4部分组成：

1、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）。分为12个扇区，前4个扇区为16KB，然后扇区4是64KB大小，扇区5~11是128KB大小。

不同容量的STM32F4拥有的扇区数不同，比如STM32F407ZGT6拥有12个扇区。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。

2、系统存储器

这个主要用来存放STM32F4的bootlodaer代码，此代码是出厂的时候就固化在STM32F4里面了，专门来给主存储器下载代码的。当B0接V3.3，B1接GND的时候，从该存储器启动（即进入串口下载模式）。

3、OTP区域

即一次性可编程区域，共528字节，被分成两部分，前512字节（32字节为1块，分成16块），可以用来存储一些用户数据（一次性的，写完一次，永不擦除），后面16字节用于锁定对应块。

4、选项字节

用于配置读保护、BOR级别、软件/硬件看门狗以及器件处于待机或停止模式下的复位。

*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。

*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的进行：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。

（四） FLASH闪存的读取：

STM32F4的FLASH读取不难：例如从地址addr读取一个字（字节为8位，半字为16位，字为32位），可通过语句：data=*(vu32*)addr; 将addr强制转化为vu32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。类似的，将vu32改为vu16，即可读取指定地址的一个半字。相对FLASH读取来说，STM32F4 FLASH的写就复杂一些。

注意：STM32F4可通过内部的I-Code指令总线或D-Code数据总线访问内置闪存模块。为了准确读取Flash数据，必须根据CPU时钟（HCLK）频率和器件电源电压在Flash存取控制寄存器（FLASH_ACR）中正确的设置等待周期数（LATENCY）。当电源电压低于2.1V时，必须关闭预取缓冲器。Flash等待周期与CPU时钟频率之间的对应关系：

*供电电压一般是3.3V，所以设置168Mhz频率为CPU时钟之前必须先设置LATENCY为5，否则FLASH读写可能出错导致死机。

（五）FLASH闪存的编程（写和擦除操作）

在对STM32F4的Flash执行写入或者擦除操作期间，任何读取Flash的尝试都会导致总线阻塞。只有在完成编程操作后，才能正确处理读操作。因此，写/擦除操作进行期间不能从Flash中执行代码或数据获取操作。

STM32F4的闪存编程由6个32位寄存器控制：

1、FLASH访问控制寄存器（FLASH_ACR）

2、FLASH密钥寄存器（FLASH_KEYR）

3、FLASH选项密钥寄存器（FLASH_OPTKEYR）

4、FLASH状态寄存器（FLASH_SR）

5、FLASH控制寄存器（FLASH_CR）

6、FLASH选项控制寄存器（FLASH_OPTCR）

注：FLASH的擦除不是按照地址擦除的，其实是按照区域擦除的比如擦除相应的扇区（sector）

（六）FLASH编程注意事项

1、STM32F4复位后，FLASH编程操作时被保护的，不能写入FLASH_CR寄存器；通过写入特定的序列（0X45670123和0XCDEF89AB）到FLASH_KEYR寄存器才可以解除写保护，只有在写保护解除后，才能操作相关寄存器。

FLASH_CR的解锁序列为：

1）写0X45670123（KEY1）到FLASH_KEYR

2）写0XCDEF89AB（KEY2）到FLASH_KEYR

通过这两个步骤，即可解锁FLASH_CR，如果写入错误，那么FLASH_CR将被锁定，直到下次复位后才可以再次解锁。

2、STM32F4闪存的编程位数可以通过FLASH_CR的PSIZE字段设置，PSIZE的设置必须和电源电压匹配，由于开发板用的电压是3.3V，所以PSIZE必须设置为10，即32位并行位数。擦除或者编程都必须以32位为基础进行。

3、STM32F4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0XFFFFFFFF），否则无法写入。

（七）STM32F4的标准编程步骤如下：

1、检查FLASH_SR中的BSY位，确保当前未执行任何FLASH操作。

2、将FLASH_CR寄存器中的PG位置1，激活FLASH编程。

3、针对所需存储器地址（主存储器块或OTP区域内）执行数据写入操作：

——并行位数为x8时按字节写入（PSIZE=00）

——并行位数为x16时按半字节写入（PSIZE=01）

——并行位数为x32时按字节写入（PSIZE=02）

——并行位数为x64时按双字写入（PSIZE=03）

4、等待BSY位清零，完成一次编程

按以上步骤操作，就可以完成一次FLASH编程。

注意以下几点：1、编程前要确保写地址的FLASH已经擦除。2、要先解锁，否则不能操作FLASH_CR。3、编程操作对OPT区域也有效，方法一摸一样。

（八）闪存擦除

STM32F4的闪存擦除分为两种：1、扇区擦除；2、整片擦除。

扇区擦除步骤：

1、检查FLASH_CR的LOCK是否解锁，如果没有则先解锁。

2、检查FLASH_SR的寄存器中的BSY位，确保当前未执行任何FLASH操作。

3、在FLASH_CR寄存器中，将SER位置1，并从主存储块的12个扇区中选择要擦除的扇区（SNB）。

4、将FLASH_CR寄存器中的STRT位置1，触发擦除操作。

5、等待BSY位置清零。

经过以上五个步骤就可以实现擦除某个扇区。

整片擦除步骤：

1、检查FLASH_CR寄存器中的BSY位，确保当前未执行任何FLASH操作。

2、在FLASH_CR寄存器中，将MER位置1。

3、将FLASH_CR寄存器中的STRT位置1，触发擦除操作。

4、等待BSY位清零。

二、FLASH操作相关寄存器

1、FLASH访问控制寄存器（FLASH_ACR）

2、FLASH密钥寄存器（FLASH_KEYR）

3、FLASH控制寄存器（FLASH_CR）

LOCK位：该位用于指示FLASH_CR寄存器是否被锁住，该位在检测到正确的解锁序列后，硬件将其清零。在一次不成功的解锁操作后，在下次系统复位之前，该位将不再改变。

STRT位：该位用于开始一次擦除操作。在该位写入1，将执行一次擦除操作。

PSIZE[1:0]位：用于设置编程宽度，3.3V时设置PSIZE=2即可。

SNB[3:0]位：这4个位用于选择要擦除的扇区编号，取值范围为0~11。

SER位：该位用于选择扇区擦除操作，在扇区擦除的时候需要将该位置1。

PG位：该位用于选择编程操作，在往FLASH写数据的时候，该位需要置1。

注：MER位是扇区擦除，SER位是整片擦除，SNB位具体到某个扇区

4、闪存操作常用库函数：

void  FLASH_Unlock(void);//解锁
void  FLASH_Lock(void);//操作FLASH_CR寄存器
FLASH_Status FLASH_ProgramDoubleWord(uint32_t Address,uint64_t Data);//写两个word
FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address,uint32_t Data);//写一个word
FLASH_Status FLASH_ProgramHalfWord(uint_32 Address,uint16_t Data);//写一个字
FLASH_Status FLASH_ProgramByte(uint32_t Address,uint8_t Data);//写一个字节FLASH_Status FLASH_EraseSector(uint32_t FLASH_Sector,uint8_t VoltageRange);//擦除某个扇区
FLASH_Status FLASH_EraseAllSectors(uint8_t VoltageRange);//擦除全部扇区
FLASH_Status FLASH_EraseAllBank1Sectors(uint8_t VoltageRange);
FLASH_Status FLASH_EraseAllBank2Sectors(uint8_t VoltageRange);void FLASH_SetLatency(uint32_t FLASH_Latency);//等待周期
FLASH_Status FLASH_WaitForLastOperation(void);//等待上一次操作完成（实际上就是检测状态寄存器BUSY位）

5、FLASH扇区的起始地址：

#define STM32_FLASH_BASE 0x08000000//STM32 FLASH的起始地址
#define ADDR_FLASH_SECTOR_0     ((u32)0x08000000)   //扇区0起始地址，16 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_1     ((u32)0x08004000)   //扇区1起始地址，16 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_2     ((u32)0x08008000)   //扇区2起始地址，16 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_3     ((u32)0x0800C000)   //扇区3起始地址，16 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_4     ((u32)0x08010000)   //扇区4起始地址，64 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_5     ((u32)0x08020000)   //扇区5起始地址，128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_6     ((u32)0x08040000)   //扇区6起始地址，128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_7     ((u32)0x08060000)   //扇区7起始地址，128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_8     ((u32)0x08080000)   //扇区8起始地址，128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_9     ((u32)0x080A0000)   //扇区9起始地址，128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_10    ((u32)0x080C0000)   //扇区10起始地址，128 Kbytes
#define ADDR_FLASH_SECTOR_11    ((u32)0x080E0000)   //扇区11起始地址，128 Kbytes  u32 STMFLASH_ReadEord(u32 faddr);//读出字
void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u32 *pBuffer,u32 NumToWrite);//从指定地址开始写入指定长度的数据
void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u32 *pBuffer,u32 NumToRead);//从指定地址开始读出指定长度的数据
#endif

6、相应的函数：

u32 STMFLASH_ReadWord(u32 faddr)//读取指定地址的半字（16位数据）
{return *(vu32*)faddr;//faddr：读地址  返回值：对应数据
}//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
//NumToRead：字（4位）数
void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u32 *pBuffer,u32 NumToRead)
{u32 i;for(i=0;i<NumToRead;i++){pBuffer[i]=STMFLASH_ReadWord(ReadAddr);//读取4个字节ReadAddr+=4;//偏移4个字节（NumToRead是一个字，一个字占4个字节，所以偏移四个字节）}
}//获取某个地址所在的flash扇区
//addr：flash地址
//返回值：0~11，即addr所在的扇区
uint16_t STMFLASH_GetFlashSector(u32 addr)//确定地址所在的扇区
{if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_1)return FLASH_Sector_0;//扇区0else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_2)return FLASH_Sector_1;//扇区1else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_3)return FLASH_Sector_2;//扇区2else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_4)return FLASH_Sector_3;//扇区3else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_5)return FLASH_Sector_4;//扇区4else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_6)return FLASH_Sector_5;//扇区5else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_7)return FLASH_Sector_6;//扇区6else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_8)return FLASH_Sector_7;//扇区7else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_9)return FLASH_Sector_8;//扇区8else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_10)return FLASH_Sector_9;//扇区9else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_11)return FLASH_Sector_10; //扇区10return FLASH_Sector_11;   //都不是则，扇区11
}

（FLASH闪存及后面的IAP可以达到：通过网络发送数据包来升级、通过串口发送数据来升级、通过GPRS远程升级的目的）

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