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[ASP.net教程]STM32_Flash做为存储器储存数据(基本概念)


摘自:http://bbs.elecfans.com/jishu_388272_1_1.html
    说到STM32的FLSAH,我们的第一反应是用来装程序的,实际上,STM32的片内FLASH不仅用来装程序,还用来装芯片配置、芯片ID、自举程序等等。当然, FLASH还可以用来装数据。
    PS:自己收集了一些资料,现将这些资料总结了一下,不想看的可以直接调到后面看怎么操作就可以了。
 
FLASH分类  
    根据用途,STM32片内的FLASH分成两部分:主存储块、信息块。 
    1.主存储块用于存储程序,我们写的程序一般存储在这里。 
    2.信息块又分成两部分:系统存储器、选项字节。  
    ①系统存储器存储用于存放在系统存储器自举模式下的启动程序(BootLoader),当使用ISP方式加载程序时,就是由这个程序执行。这个区域由芯片厂写入BootLoader,然后锁死,用户是无法改变这个区域的。 
    ②选项字节存储芯片的配置信息及对主存储块的保护信息。
 
FLASH的页面  
    STM32的FLASH主存储块按页组织,有的产品每页1KB,有的产品每页2KB。页面典型的用途就是用于按页擦除FLASH。从这点来看,页面有点像通用FLASH的扇区。

 
STM32产品的分类  
    STM32根据FLASH主存储块容量、页面的不同,系统存储器的不同,分为小容量、中容量、大容量、互联型,共四类产品。  
  •     小容量产品主存储块1-32KB,     每页1KB。系统存储器2KB。 
  •     中容量产品主存储块64-128KB,   每页1KB。系统存储器2KB。 
  •     大容量产品主存储块256KB以上,  每页2KB。系统存储器2KB。 
  •     互联型产品主存储块256KB以上,  每页2KB。系统存储器18KB。 
    对于具体一个产品属于哪类,可以查数据手册,或根据以下简单的规则进行区分:  
    STM32F101xx、STM32F102xx 、STM32F103xx产品,根据其主存储块容量,一定是小容量、中容量、大容量产品中的一种STM32F105xx、STM32F107xx是互联型产品。  
    互联型产品与其它三类的不同之处就是BootLoader的不同,小中大容量产品的BootLoader只有2KB,只能通过USART1进行ISP,而互联型产品的BootLoader有18KB,能通过USAT1、4、CAN等多种方式进行ISP。小空量产品、中容量产品的BootLoader与大容量产品相同。

 
关于ISP与IAP 
    ISP(In System Programming)在系统编程,是指直接在目标电路板上对芯片进行编程,一般需要一个自举程(BootLoader)来执行。ISP也有叫ICP(In Circuit Programming)、在电路编程、在线编程。 IAP(In Application Programming)在应用中编程,是指最终产品出厂后,由最终用户在使用中对用户程序部分进行编程,实现在线升级。IAP要求将程序分成两部分:引导程序、用户程序。引导程序总是不变的。IAP也有叫在程序中编程。 ISP与IAP的区别在于,ISP一般是对芯片整片重新编程,用的是芯片厂的自举程序。而IAP只是更新程序的一部分,用的是电器厂开发的IAP引导程序。综合来看,ISP受到的限制更多,而IAP由于是自己开发的程序,更换程序的时候更容易操作。

 
FPEC 
     FPEC(FLASH Program/Erase controller 闪存编程/擦除控制器),STM32通过FPEC来擦除和编程FLASH。FPEC使用7个寄存器来操作闪存: 
  •           FPEC键寄存器(FLASH_KEYR)          写入键值解锁。 
  •           选项字节键寄存器(FLASH_OPTKEYR)   写入键值解锁选项字节操作。 
  •           闪存控制寄存器(FLASH_CR)          选择并启动闪存操作。 
  •           闪存状态寄存器(FLASH_SR)          查询闪存操作状态。
  •           闪存地址寄存器(FLASH_AR)          存储闪存操作地址。 
  •           选项字节寄存器(FLASH_OBR)         选项字节中主要数据的映象。 
  •           写保护寄存器(FLASH_WRPR)          选项字节中写保护字节的映象。


键值 
    为了增强安全性,进行某项操作时,须要向某个位置写入特定的数值,来验证是否为安全的操作,这些数值称为键值。STM32的FLASH共有三个键值: 
      RDPRT键 = 0x000000A5  用于解除读保护 
      KEY1    = 0x45670123  用于解除闪存锁 
      KEY2    = 0xCDEF89AB  用于解除闪存锁

 
闪存锁 
    在FLASH_CR中,有一个LOCK位,该位为1时,不能写FLASH_CR寄存器,从而也就不能擦除和编程FLASH,这称为闪存锁。 
    当LOCK位为1时,闪存锁有效,只有向FLASH_KEYR依次写入KEY1、KEY2后,LOCK位才会被硬件清零,从而解除闪存锁。
    当LOCK位为1时,对FLASH_KEYR的任何错误写操作(第一次不是KEY1,或第二次不是KEY2),都将会导致闪存锁的彻底锁死,一旦闪存锁彻底锁死,在下一次复位前,都无法解锁,只有复位后,闪存锁才恢复为一般锁住状态。 
    复位后,LOCK位默认为1,闪存锁有效,此时,可以进行解锁。解锁后,可进行FLASH的擦除编程工作。任何时候,都可以通过对LOCK位置1来软件加锁,软件加锁与复位加锁是一样的,都可以解锁。  
 
主存储块的擦除 
    主存储块可以按页擦除,也可以整片擦除。 
 
页擦除 
    主存储块的任何一页都可以通过FPEC的页擦除功能擦除。 建议使用以下步骤进行页擦除: 

1.检查FLASH_SR寄存器的BSY位。以确认没有其他正在进行的闪存操作。必须等待BSY位为0,才能继续操作。 
2.设置FLASH_CR寄存器的PER位为1。选择页擦除操作。 
3.设置FLASH_AR寄存器为要擦除页所在地址,选择要擦除的页。FLASH_AR的值在哪一页范围内,就表示要擦除哪一页。 
4.设置FLASH_CR寄存器的STRT位为1,启动擦除操作。
5.等待FLASH_SR寄存器的BSY位变为0,表示操作完成。 
6.查询FLASH_SR寄存器的EOP位,EOP为1时,表示操作成功。   
7.读出被擦除的页并做验证。擦完后所有数据位都为1。 
 
关于主存储块擦除编程操作的一些疑问

1. 为什么每次都要检查BSY位是否为0? 
    因为BSY位为1时,不能对任何FPEC寄存器执行写操作,所以必须要等BSY位为0时,才能执行闪存操作。 
2. 如果没有擦除就进行编程,会出现什么结果? 
    STM32在执行编程操作前,会先检查要编程的地址是否被擦除,如果没有,则不进行编程,并置FLASH_SR寄存器的PGERR位为1。唯一例外的是,当要编程的数据为0X0000时,即使未擦除,也会进行编程,因为0X0000即使擦除也可以正确编程。 
3. 为什么操作后要读出数据并验证? 
    STM32在某些特殊情况下(例如FPEC被锁住),可能根本就没有执行所要的操作,仅通过寄存器无法判断操作是否成功。所以,保险起见,操作后都要读出所有数据检查。 
4. 等待BSY位为1的时间以多少为合适? 
    请参考STM32固件库中的数据。 
5. FLASH编程手册上说进行闪存操作(擦除或编程)时,必须打开内部的RC振荡器(HSI),是不是一定要用HIS进行闪存的擦除及编程操作? 
    对于这点,我的理解是,进行闪存操作时,必须要保证HIS没有被关闭,但是操作时的系统仍然可以是HSE时钟。STM32复位后,HIS默认是开的,只要你不为了低功耗去主动关闭它,则用什么时钟都可以进行闪存操作的。我所编的程序也验证了这一点。     
 
选项字节 
    选项字节用于存储芯片使用者对芯片的配置信息。
    目前,所有的STM32101xx、STM32102xx、STM32103xx、STM32105xx、STM32107xx产品,选项字节都是16字节。但是这16字节,每两个字节组成一个正反对,即,字节1是字节0的反码,字节3是字节2的反码,字节15是字节14的反码,所以,芯片使用者只要设置8个字节就行了,另外8个字节系统自动填充为反码。因此,有时候,也说STM32的选项字节是8个字节,但是占了16字节的空间。选项字节的8字节正码概述如下: 

RDP       字节0。读保护字节,存储对主存储块的读保护设置。 
USER      字节2。用户字节,配置看门狗、停机、待机。 
Data0     字节4。数据字节0,由芯片使用者自由使用。 
Data1     字节6。数据字节1,由芯片使用者自由使用。 
WRP0      字节8。写保护字节0,存储对主存储块的写保护设置。 
WRP1      字节10。写保护字节1,存储对主存储块的写保护设置。
WRP2      字节12。写保护字节2,存储对主存储块的写保护设置。 
WRP3      字节14。写保护字节3,存储对主存储块的写保护设置。 


选项字节写使能 
   在FLASH_CR中,有一个OPTWRE位,该位为0时,不允许进行选项字节操作(擦除、编程)。这称为选项字节写使能。只有该位为1时,才能进行选项字节操作。 该位不能软件置1,但可以软件清零。只有向FLASH_OPTKEYR依次写入KEY1和KEY2后,硬件会自动对该位置1,此时,才允许选项字节操作。这称为解锁(打开)选项字节写使能。该位为1后,可以由软件清零,关闭写使能。复位后,该位为0。错误操作不会永远关闭写使能,只要写入正确的键序列,则又可以打开写使能。写使能已打开时,再次打开,不会出错,并且依然是打开的。 很显然,进行选项字节操作前,先要解开闪存锁,然后打开选项字节写使能,之后,才能进行选项字节操作。 

 
选项字节擦除 
    建议使用如下步骤对选项字节进行擦除: 

1.检查FLASH_SR寄存器的BSY位,以确认没有其他正在进行的闪存操作。  
2.解锁FLASH_CR寄存器的OPTWRE位。即,打开写使能。 
3.设置FLASH_CR寄存器的OPTER位为1。选择选项字节擦除操作。  
4.设置FLASH_CR寄存器的STRT位为1。 
5.等待FLASH_SR寄存器的BSY位变为0,表示操作完成。 
6.查询FLASH_SR寄存器的EOP位,EOP为1时,表示操作成功。
7.读出选项字节并验证数据。 
   由于选项字节只有16字节,因此,擦除时是整个选项字节都被擦除了。
 
选项字节编程 
    建议使用如下步骤对选项字节进行编程: 

1.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。  
2.解锁FLASH_CR寄存器的OPTWRE位。即打开写使能。  
3.设置FLASH_CR寄存器的OPTPG位为1。选择编程操作。  
4.写入要编程的半字到指定的地址。启动编程操作。 
5.等待FLASH_SR寄存器的BSY位变为0,表示操作完成。 
6.查询FLASH_SR寄存器的EOP位,EOP为1时,表示操作成功。 
7.读出写入的选项字节并验证数据。 对选项字节编程时,FPEC使用半字中的低字节并自动地计算出高字节(高字节为低字节的反码),并开始编程操作,这将保证选项字节和它的反码始终是正确的。 

主存储块的保护 
    可以对主存储块中的数据进行读保护、写保护。 读保护用于保护数据不被非法读出。防止程序泄密。 写保护用于保护数据不被非法改写,增强程序的健壮性。 


读保护 
    主存储块启动读保护后,简单的说具有以下特性: 

    1.从主存储块启动的程序,可以对整个主存储块执行读操作,不允许对主存储块的前4KB进行擦除编程操作,可以对4KB之后的区域进行擦除编程操作。 

 

    2.从SRAM启动的程序,不能对主存储块进行读、页擦除、编程操作,但可以进行主存储块整片擦除操作。 

 

    3.使用调试接口不能访问主存储块。这些特性足以阻止主存储器数据的非法读出,又能保证程序的正常运行。 

 
    只有当RDP选项字节的值为RDPRT键值时,读保护才被关闭,否则,读保护就是启动的。因此,擦除选项字节的操作,将启动主存储块的读保护。如果要关闭读保护,必须将RDP选项字节编程为RDPRT键值。并且,如果编程选项字节,使RDP由非键值变为键值(即由保护变为非保护)时,STM32将会先擦除整个主存储块,再编程RDP。芯片出厂时,RDP会事先写入RDPRT键值,关闭写保护功能。 
 
写保护 
    STM32主存储块可以分域进行写保护。如果试图对写保护的域进行擦除或编程操作,在闪存状态寄存器(FLASH_SR)中会返回一个写保护错误标志。STM32主存储块每个域4KB,WRP0-WRP3选项字节中的每一位对应一个域,位为0时,写保护有效。对于超过128KB的产品,WRP3.15保护了域31及之后的所有域。显然,擦除选项字节将导致解除主存储块的写保护。


选项字节与它的寄存器映象 

    我们知道,FPEC有两个寄存器存储了选项字节的映象。那么,选项字节本体(在FLASH中)与映象(在寄存器中)究竟有什么区别呢? 
    选项字节的本体只是个FLASH,它的作用只是掉电存储选项字节内容而以,真正起作用的是寄存器中的映象。即,一个配置是否有效,不是看本体,而是看映象。而映象是在复位后,用本体的值加载的,此后,除非复位,映象将不再改变。所以,更改本体的数据后,不会立即生效,只有复位加载到映象中后,才会生效。 有一点要注意的是,当更改本体的值,使主存储块读保护变为不保护时,会先擦除整片主存储块,然后再改变本体。这是唯一一个改变本体会引发的动作。但即使这样,读保护依然要等到复位后,加载到映象后,才会解除。

 
关于FLASH编程手册中文版的几处错误(不一定是,但是与我的理解不符)

1.选项字节编程一节中: 
    对FPEC解锁后,必须分别写入KEY1和KEY2(见2.3.1节)到FLASH_OPTKEYR寄存器,再设置FLASH_CR寄存器的OPTWRE位为’1’,此时可以对选项字节进行编程。实际上,对FLASH_OPTKEYR写入KEY1和KEY2后,OPTWRE位会被硬件置1,而不是用软件写1。这一点在后面的寄存器描述中也可以得到验证。
2.对读保护的描述中: 
    对读保护的数值对无法理解。正确的应该是,RDP为RDPRT键值时,解除读保护,为其它值时,读保护生效。


看了半天,原来只要几句就可以解决,当然是不考虑其他功能,只是简单的读写操作。
其中写操作如下:
     FLASH_Unlock();  //解锁FLASH编程擦除控制器
     FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY|FLASH_FLAG_EOP|FLASH_FLAG_PGERR|FLASH_FLAG_WRPRTERR);//清除标志位
/*********************************************************************************
 //               FLASH_FLAG_BSY            FLASH忙标志位
 //               FLASH_FLAG_EOP            FLASH操作结束标志位
 //               FLASH_FLAG_PGERR          FLASH编写错误标志位
 //               FLASH_FLAG_WRPRTERR       FLASH页面写保护错误标净         **********************************************************************************/
     FLASH_ErasePage(FLASH_START_ADDR);     //擦除指定地址页
     FLASH_ProgramHalfWord(FLASH_START_ADDR+(addr+i)*2,dat); //从指定页的addr地址开始写
     FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY|FLASH_FLAG_EOP|FLASH_FLAG_PGERR|FLASH_FLAG_WRPRTERR);//清除标志位
     FLASH_Lock();    //锁定FLASH编程擦除控制器

从上面可以看出基本顺序是:解锁->清除标志位(可以不要)->擦除->写半字->清楚标志位(也可以不要)->上锁。其中FLASH_START_ADDR是宏定义的0x8000000+2048*255,0x8000000是Flash的起始地址,2048是因为我用的是大容量芯片,根据上一笔记Flash地址可以看出芯片每页容量2K,即2048字节,255表示芯片的最后一页,这个根据不同芯片而定。之所以从后面页写起可以防止储存数据破坏用户程序。addr*2是因为每个数据占用2字节(半字),虽然写入的是1字节数据,但是编程是2字节为单位,也就是说一个字节的数据也会占用两个字节地址。


读操作如下:
    u16 value;
    value = *(u16*)(FLASH_START_ADDR+(addr*2));//从指定页的addr地址开始读