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F429

FLASH闪存编程原理与步骤

STM32编程方式：

在线编程（ICP，In-Circuit Programming）：

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

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，UART，I2C，SPI等）下载程序或者应用数据到存储器中。也就是说，==STM32运行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（Bootloader）。

STM32 FLASH操作介绍

闪存模块存储器组织（STM32F429x/439x）

STM32的闪存模块

STM32的闪存模块由：主存储器、系统存储器、OPT区域和选项字节等4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）。它可以分为1个Bank或者2个Bank，可以同伙选项字节的nDBANK位来设置，默认是1个bank，也就是单Bank模式。

在单Bank模式下，STM32F767的主存储器被分位8个扇区，前扇区位32KB大小，第五个扇区是128KB大小，剩下的3个扇区都是256KB大小，种共1M字节。

因为STM32F7的FLASH访问路径有两条：AXIM和ITCM，对应不同的地址映射，表中我们列出了两条不同访问路径下的扇区地址范围。我们一般选择AXIM接口访问FLASH，其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。

在Flash中，bank通常指的是内存中的一个区域，用于存储特定的数据或程序代码。在一些嵌入式系统或早期计算机系统中，程序和数据可能被分配到不同的bank中，以便更有效地管理内存。在Flash中，bank通常用于指代特定的存储区域，例如程序代码bank或数据bank。通过将数据或代码存储在不同的bank中，可以更好地组织和管理存储空间，提高系统的性能和效率。

系统存储器

这个主要用来存放STM32的bootloader代码，此代码是出厂的时候就固化在STM32里面了，专门来给主存储器下载代码的。当B0接V3.3，B1接GDN的时候，从该存储器启动（即进入串口下载模式）。

bootloader

Bootloader是一种启动加载程序，是系统启动过程中的第一个程序，负责初始化硬件设备、加载操作系统内核并启动操作系统。Bootloader通常存储在系统的固件中，例如计算机的BIOS或UEFI固件、手机的引导分区等。

Bootloader的主要功能包括：

初始化硬件设备：包括处理器、内存、存储设备、输入输出设备等。

加载操作系统内核：从存储设备中加载操作系统内核到内存中。

启动操作系统：将控制权交给操作系统内核，使其开始运行。

Bootloader的设计和实现对系统的启动速度、稳定性和可靠性都有重要影响。不同的操作系统和硬件平台可能使用不同的Bootloader。常见的Bootloader包括GRUB、LILO、Windows Boot Manager等。

OPT区域

OTP区域，即一次性可编程区域，共1056字节，被划分为16个64字节的OTP数据块和1个16字节的OTP锁定块。OTP数据块和锁定均无法擦除。锁定块中包含16字节的LOCKBi（0≤i≤15），用于锁定相应的OTP数据块（块0到15）。每个OTP数据块均可编辑，除非相应的OTP锁定字节编程为0x00。锁定字节的值只能是0x0和0xFF，否则这些OTP无法正确使用。

选项字节

用户配置读保护、BOR级、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。

寄存器和库函数操作

FLASH闪存的读取

STM32的FLASH读取是很简单的。例如，我们要从地址addr，读取一个字（字节为8位，半字为16位，字为32位），可以通过如下语句读取：

data = * (vu32 *)addr;

将addr强制转换为vu32指针，然后取该指针指向的地址的值，即得到了addr地址的值。类似的，将上面的v32改为vu16，即可读取指定地址的一个半字。相对FLASH读取来说，STM32 FLASH的写就复杂一点了，下面我们介绍STM32闪存的编程和擦除。

注意：

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存储控制寄存器（FLASH_ACR）中正确地设置等待周期数（LATENCY）。FLASH等待周期与CPU时钟频率之间的对应关系：

FLASH等待周期与CPU时钟频率之间的对应关系

等待周期通过FLASH_ACR寄存器的LATENCY[3:0]是三个位设置。系统复位后，CPU时钟频率位内部16M RC振荡器，LATENCY默认是0，即1个等待周期。供电电压，我们一般是3.3V，所以，在我们设置216Mhz频率作为CPU时钟之前，必须先设置LATENCY为7，即8个等待周期，否则FLASH读写可能出错，导致死机。

正常工作时（216Mhz），虽然FLASH需要8个CPU等待周期，但是由于STM32F767具有自适应实时存储器加速器（ART Accelerator），通过指令缓存存储器，预取指令，时序相当于0 FLASH等待的运行速度。

FLASH闪存的编程（写）和擦除操作

在对STM32的Flash执行写入或擦除操作期间，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。这意味着，写/擦除操作进行期间不能从Flash中执行地阿敏或数据获取操作。

STM32的闪存编程由7个32位寄存器控制

寄存器功能	名称
FLASH访问控制寄存器	FLASH_ACR
FLASH密钥寄存器	FLASH_KEYR
FLASH选项密钥寄存器	FLASH_OPTKEYR
FLASH状态寄存器	FLASH_SR
FLASH控制寄存器	FLASH_CR
FLASH_选项控制寄存器	FLASH_OPTCR
FLASH选项控制寄存器1	FLASH_OPTCR1 —F7才有，F429没有

==其中的FPEC总共有2个键值==

==KEY1=0X45670123==

==KEY2=0XCDEF89AB==

==FLASH编程注意事项==

①STM32复位后，FLASH编程操作是被保护的，不能写入FLASH_CR寄存器；通过写入特定的序列（0X45670123、0XCDEF89AB）到FLASH_KEYR寄存器才可解除写保护，只有在写保护被解除后，我们才能操作相关寄存器。

FLASH_CR的解锁序列位：

写0X45670123（KEY1）到FLASH_KEYR
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将锁定，知道下次复位后才可以再次解锁。

②STM32闪存的编程位数可以通过FLASH_CR的PSIZE字段配置，PSIZE的设置必须和电源电源匹配，==由于我们开发板用的电压是3.3V，所以PSIZE必行设置为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。

③STM32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（也就是其值必须是0XFFFFFFFF），否则无法写入。

STM32的标准编程步骤如下：

①检测FLASH_SR中的BSY位，确保当前未执行任何FLASH操作。

②在FLASH_CR寄存器中的PG位置1，激活FLASH编程。

③针对所需寄存器地址（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时按半字写入（PSIZE=01）
并行位数为X32时按字写入（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。

按以上四步操作，就可以完成一次FLASH编程。不过有几点要注意：

编程前，要确保要写入地址的FLASH已经擦除。
要先解锁（否则不能操作FLASH_CR）
编程操作对OPT区域也有效，方法一模一样。

闪存擦除

我们在STM32的FLASH编程的时候，要先判断缩写地址是否被擦除了，所以，我们有必要再介绍一些STM32的闪存擦除，STM32的闪存擦除分位两种：

①扇区擦除

②整片擦除

扇区擦除

检查FLASH_CR的LOCK是否解锁，如果没有则先解锁
检查FLASH_SR寄存器中的BSY位，确保当前未执行任何FLASH操作。
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）
将FLASH_CR寄存器中的STRT位置1，触发擦除操作
等待BSY位清零

经过以上五步，就可以擦除某个扇区。

批量擦除

检查FLASH_SR寄存器中的BSY 位，确保当前未执行任何FLASH操作
在FLASH_CR寄存器中，将MER位置1 (F767/F407)
在FLASH_CR寄存器中，将MER和MER1位置1 (F429xx)
将FLASH_CR寄存器中的STRT位置1，触发擦除操作
等待BSY位清零

经过以上四步，就可以批量擦除扇区。

整片擦除

FLASH中断

①如果将FLASH_CR寄存器中的操作结束中断使能位（EOPIE）置1，则在擦除或者编程操作结束时，即FLASH_SR寄存器中的繁忙位BSY清零时，将产生中断。此时FLASH_SR寄存器中的操作结束（EOP）位置1.

②如果在请求编程，擦除或读操作期间出现错误，则FLASH_SR寄存器中的以下错误标志之一将置1：

PGAERR，PGPERR，ERSERR（编程错误标志）
WRPERR（保护错误标志）

这种情况下，FLASH_CR的错误中断使能位（ERRIE）置1，并且如果FLASH_SR的操作错误（OPERR）置1，则差生一个中断。

FLASH操作相关寄存器

①FLASH访问控制寄存器（FLASH_ACR）

②FLASH密钥寄存器（FLASH_KEYR）

③FLASH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，在下次上系统复位之前，该位将不在改变。
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，我们设置PSIZE = 2即可。
SNB[4:0]位：这4个位用于选择要擦除的扇区编号，取值范围 0 ~ 7
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,。
MER位：批量擦除。
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.

④FLASH状态寄存器（FLASH_SR）

位[31:17]:保留，必须保持清零。
BSY[16]位：繁忙 (Busy)。该位指示 Flash 操作正在进行。该位在 Flash 操作开始时置 1，在操作结束或出现错误时清零。0：当前未执行任何 Flash 操作；1：正在执行 Flash 操作。
位[15:8]:保留，必须保持清零。
PGSERR[7]位：编程顺序错误 (Programming sequence error)。如果代码在控制寄存器未正确配置的情况下对 Flash 执行写访问，将由硬件为该位置 1。写入 1 即可将该位清零。
PGPERR[6]位：编程并行位数错误 (Programming parallelism error)。如果在编程期间数据访问类型（字节、半字、字和双字）与配置的并行位数 PSIZE (x8, x16, x32, x64) 不符，将由硬件为该位置 1。写入 1 即可将该位清零。
PGAERR[5]位：编程对齐错误 (Programming alignment error)。如果要编程的数据不能包含在同一个 128 位 Flash 行中，将由硬件为该位置 1。写入 1 即可将该位清零。
WRPERR[4]位：写保护错误 (Write protection error)。如果要擦除/编程的地址属于 Flash 中处于写保护状态的区域，将由硬件为该位置 1。写入 1 即可将该位清零。
位[3:2]：保留，必须保持清零。
OPERR[1]位：操作错误 (Operation error)。如果检测到 Flash 操作（编程/擦除/读取）请求，但由于存在并行位数错误、对齐错误或写保护错误而无法运行，将由硬件对该位置 1。只有在使能错误中断 (ERRIE = 1) 后，该位才会置 1。
EOP[0]位：操作结束 (End of operation)。当成功完成一个或多个 Flash 操作（编程/擦除）时，由硬件将该位置 1。只有在使能操作结束中断 (EOPIE = 1) 后，该位才会置 1。写入 1 即可将该位清零。

实验程序讲解

FLASH操作相关库函数

stm32fxxx_hal_flash.c/stm32fxxx_hal_flash.h

stm32fxxx_hal_flash_ex.c/stm32fxxx_hal_flash_ex.h

闪存操作常用库函数

/**  
 * @brief 在指定地址上编程字节、半字、字或双字  
 *  
 * @param TypeProgram: 指示在指定地址上编程的方式。  
 *                      此参数可以是 @ref FLASH_Type_Program 的一个值。  
 * @param Address: 指定要编程的地址。  
 * @param Data: 指定要编程的数据。  
 *  
 * @retval HAL_StatusTypeDef HAL 状态  
 */
HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Program(uint32_t TypeProgram, uint32_t Address, uint64_t Data);
/**  
 * @brief 在启用中断的情况下，在指定地址上编程字节、半字、字或双字  
 *  
 * @param TypeProgram: 指示在指定地址上编程的方式。  
 *                      此参数可以是 @ref FLASH_Type_Program 的一个值。  
 * @param Address: 指定要编程的地址。  
 * @param Data: 指定要编程的数据。  
 *  
 * @retval HAL 状态  
 */
HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Program_IT(uint32_t TypeProgram, uint32_t Address, uint64_t Data);


/**  
 * @brief 解锁 FLASH 控制寄存器的访问  
 * @retval HAL 状态  
 */
HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Unlock(void);
/**  
 * @brief 锁定 FLASH 控制寄存器的访问  
 * @retval HAL 状态  
 */
HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Lock(void);
/**  
 * @brief 解锁 FLASH 选项控制寄存器的访问。  
 * @retval HAL 状态  
 */
HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_OB_Unlock(void);
/**  
 * @brief 锁定 FLASH 选项控制寄存器的访问。  
 * @retval HAL 状态  
 */
HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_OB_Lock(void);

/**  
 * @brief 获取特定的 FLASH 错误标志。  
 * @retval FLASH_ErrorCode: 返回的值可以是以下值的组合：  
 *            @arg HAL_FLASH_ERROR_RD: FLASH 读保护错误标志 (PCROP)  
 *            @arg HAL_FLASH_ERROR_PGS: FLASH 编程序列错误标志  
 *            @arg HAL_FLASH_ERROR_PGP: FLASH 编程并行错误标志  
 *            @arg HAL_FLASH_ERROR_PGA: FLASH 编程对齐错误标志  
 *            @arg HAL_FLASH_ERROR_WRP: FLASH 写保护错误标志  
 *            @arg HAL_FLASH_ERROR_OPERATION: FLASH 操作错误标志  
 */
uint32_t HAL_FLASH_GetError(void);

/**  
 * @brief 等待 FLASH 操作完成。  
 * @param Timeout: FLASH 操作的最大超时时间  
 * @retval HAL 状态  
 */
HAL_StatusTypeDef FLASH_WaitForLastOperation(uint32_t Timeout);
/**  
 * @brief 执行批量擦除或擦除指定的 FLASH 存储器扇区   
 * @param[in]  pEraseInit: 指向 FLASH_EraseInitTypeDef 结构的指针，该结构包含擦除操作的配置信息。 
 * @param[out]  SectorError: 指向变量的指针，该变量在发生错误时包含有关错误扇区的配置信息  
 *                           (0xFFFFFFFF 表示所有扇区都已正确擦除)  
 * @retval HAL 状态  
 */
HAL_StatusTypeDef HAL_FLASHEx_Erase(FLASH_EraseInitTypeDef *pEraseInit, uint32_t *SectorError);
/**  
 * @brief 使用中断执行批量擦除或擦除指定的 FLASH 存储器扇区  
 * @param pEraseInit: 指向 FLASH_EraseInitTypeDef 结构的指针，该结构包含擦除操作的配置信息。   
 * @retval HAL 状态  
 */
HAL_StatusTypeDef HAL_FLASHEx_Erase_IT(FLASH_EraseInitTypeDef *pEraseInit);

/**  
 * @brief 此函数处理 FLASH 中断请求。  
 * @retval 无  
 */
void HAL_FLASH_IRQHandler(void);
/**  
 * @brief FLASH 操作结束中断回调函数  
 * @param ReturnValue: 此参数中保存的值取决于正在进行的操作  
 *                  批量擦除: 请求擦除的存储区编号  
 *                  扇区擦除: 已被擦除的扇区  
 *                    (如果为 0xFFFFFFFF，则表示所有选定扇区都已擦除)  
 *                  编程: 选定进行数据编程的地址  
 * @retval 无  
 */
void HAL_FLASH_EndOfOperationCallback(uint32_t ReturnValue);
/**  
 * @brief FLASH 操作错误中断回调函数  
 * @param ReturnValue: 此参数中保存的值取决于正在进行的操作  
 *                 批量擦除: 请求擦除的存储区编号  
 *                 扇区擦除: 发生错误的扇区编号  
 *                 编程: 选定进行数据编程的地址  
 * @retval 无  
 */
void HAL_FLASH_OperationErrorCallback(uint32_t ReturnValue);

FLASH操作总结

①锁定解锁函数

上面讲解到在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（KEY1和KEY2），固件库函数实现：

HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Unlock(void);

同样的道理，在对FLASH写操作完成之后，我们要锁定FLASH

HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Lock(void);

②写操作函数

HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Program(uint32_t TypeProgram, uint32_t Address, uint64_t Data);

HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Program_IT(uint32_t TypeProgram, uint32_t Address, uint64_t Data);

③擦除函数

HAL_StatusTypeDef HAL_FLASHEx_Erase(FLASH_EraseInitTypeDef *pEraseInit, uint32_t *SectorError);

HAL_StatusTypeDef HAL_FLASHEx_Erase_IT(FLASH_EraseInitTypeDef *pEraseInit);

/**
  * @brief  FLASH擦除结构定义
  */
typedef struct
{
  uint32_t TypeErase;   /*!< 批量擦除或扇区擦除。此参数可以是@ref FLASHEx_Type_Erase的值 */

  uint32_t Banks;       /*!< 在启用批量擦除时选择要擦除的银行。此参数必须是@ref FLASHEx_Banks的值 */

  uint32_t Sector;      /*!< 在禁用批量擦除时要擦除的初始FLASH扇区。此参数必须是@ref FLASHEx_Sectors的值 */

  uint32_t NbSectors;   /*!< 要擦除的扇区数。此参数必须是介于1和（扇区的最大数量 - 初始扇区的值）之间的值 */

  uint32_t VoltageRange;/*!< 定义擦除并行性的设备电压范围。此参数必须是@ref FLASHEx_Voltage_Range的值 */

} FLASH_EraseInitTypeDef;

④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，我们要的等待上一次操作完成这次操作才能开始。

使用的函数是：

HAL_StatusTypeDef 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用得不多，但是在固件库函数中间可以多次看到。

⑤读FLASH特定地址数据函数

有些就必定读，而读取FLASH指定地址的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：

u32 STMFLASH_ReadWord(u32 faddr)
{
    return *(vu32*)faddr;
}

手把手编写FLASH操作过程

往FLASH固定地址写入整型数据然后读取出来显示在LCD上。

裸机 · 2024年 3月 23日 0