STM32_Flash做為存儲器儲存數據(基本概念)


    說到STM32的FLSAH,我們的第一反應是用來裝程序的,實際上,STM32的片內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。當然, FLASH還可以用來裝數據。
    PS:自己收集了一些資料,現將這些資料總結了一下,不想看的可以直接調到后面看怎么操作就可以了。
 
FLASH分類  
    根據用途,STM32片內的FLASH分成兩部分:主存儲塊、信息塊。 
    1.主存儲塊用於存儲程序,我們寫的程序一般存儲在這里。 
    2.信息塊又分成兩部分:系統存儲器、選項字節。  
    ①系統存儲器存儲用於存放在系統存儲器自舉模式下的啟動程序(BootLoader),當使用ISP方式加載程序時,就是由這個程序執行。這個區域由芯片廠寫入BootLoader,然后鎖死,用戶是無法改變這個區域的。 
    ②選項字節存儲芯片的配置信息及對主存儲塊的保護信息。
 
FLASH的頁面  
    STM32的FLASH主存儲塊按頁組織,有的產品每頁1KB,有的產品每頁2KB。頁面典型的用途就是用於按頁擦除FLASH。從這點來看,頁面有點像通用FLASH的扇區。
 
STM32產品的分類  
    STM32根據FLASH主存儲塊容量、頁面的不同,系統存儲器的不同,分為小容量、中容量、大容量、互聯型,共四類產品。  
  •     小容量產品主存儲塊1-32KB,     每頁1KB。系統存儲器2KB。 
  •     中容量產品主存儲塊64-128KB,   每頁1KB。系統存儲器2KB。 
  •     大容量產品主存儲塊256KB以上,  每頁2KB。系統存儲器2KB。 
  •     互聯型產品主存儲塊256KB以上,  每頁2KB。系統存儲器18KB。 
    對於具體一個產品屬於哪類,可以查數據手冊,或根據以下簡單的規則進行區分:  
    STM32F101xx、STM32F102xx 、STM32F103xx產品,根據其主存儲塊容量,一定是小容量、中容量、大容量產品中的一種STM32F105xx、STM32F107xx是互聯型產品。  
    互聯型產品與其它三類的不同之處就是BootLoader的不同小中大容量產品的BootLoader只有2KB只能通過USART1進行ISP,而互聯型產品的BootLoader有18KB,能通過USAT1、4、CAN等多種方式進行ISP。小空量產品、中容量產品的BootLoader與大容量產品相同。
 
關於ISP與IAP 
    ISP(In System Programming)在系統編程,是指直接在目標電路板上對芯片進行編程,一般需要一個自舉程(BootLoader)來執行。ISP也有叫ICP(In Circuit Programming)、在電路編程、在線編程。 IAP(In Application Programming)在應用中編程,是指最終產品出廠后,由最終用戶在使用中對用戶程序部分進行編程,實現在線升級。IAP要求將程序分成兩部分:引導程序、用戶程序。引導程序總是不變的。IAP也有叫在程序中編程。 ISP與IAP的區別在於,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,用的是電器廠開發的IAP引導程序。綜合來看,ISP受到的限制更多,而IAP由於是自己開發的程序,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。 
  •           選項字節鍵寄存器(FLASH_OPTKEYR)   寫入鍵值解鎖選項字節操作。 
  •           閃存控制寄存器(FLASH_CR)          選擇並啟動閃存操作。 
  •           閃存狀態寄存器(FLASH_SR)          查詢閃存操作狀態。
  •           閃存地址寄存器(FLASH_AR)          存儲閃存操作地址。 
  •           選項字節寄存器(FLASH_OBR)         選項字節中主要數據的映象。 
  •           寫保護寄存器(FLASH_WRPR)          選項字節中寫保護字節的映象。

鍵值 
    為了增強安全性,進行某項操作時,須要向某個位置寫入特定的數值,來驗證是否為安全的操作,這些數值稱為鍵值。STM32的FLASH共有三個鍵值: 
      RDPRT鍵 = 0x000000A5  用於解除讀保護 
      KEY1    = 0x45670123  用於解除閃存鎖 
      KEY2    = 0xCDEF89AB  用於解除閃存鎖
 
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),都將會導致閃存鎖的徹底鎖死,一旦閃存鎖徹底鎖死,在下一次復位前,都無法解鎖,只有復位后,閃存鎖才恢復為一般鎖住狀態。 
    
復位后,LOCK位默認為1,閃存鎖有效,此時,可以進行解鎖。解鎖后,可進行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行頁擦除: 
1.檢查FLASH_SR寄存器的BSY位。以確認沒有其他正在進行的閃存操作。必須等待BSY位為0,才能繼續操作。 
2.設置FLASH_CR寄存器的PER位為1。選擇頁擦除操作。 
3.設置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,就表示要擦除哪一頁。 
4.設置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位變為0,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.讀出被擦除的頁並做驗證。擦完后所有數據位都為1。 
 
關於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寄存器執行寫操作,所以必須要等BSY位為0時,才能執行閃存操作。 
2. 如果沒有擦除就進行編程,會出現什么結果? 
    STM32在執行編程操作前,會先檢查要編程的地址是否被擦除,如果沒有,則不進行編程,並置FLASH_SR寄存器的PGERR位為1。唯一例外的是,當要編程的數據為0X0000時,即使未擦除,也會進行編程,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據並驗證? 
    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據檢查。 
4. 等待BSY位為1的時間以多少為合適? 
    請參考STM32固件庫中的數據。 
5. FLASH編程手冊上說進行閃存操作(擦除或編程)時,必須打開內部的RC振盪器(HSI),是不是一定要用HIS進行閃存的擦除及編程操作? 
    對於這點,我的理解是,進行閃存操作時,必須要保證HIS沒有被關閉,但是操作時的系統仍然可以是HSE時鍾。STM32復位后,HIS默認是開的,只要你不為了低功耗去主動關閉它,則用什么時鍾都可以進行閃存操作的。我所編的程序也驗證了這一點。     
 
選項字節 
    選項字節用於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產品,選項字節都是16字節。但是這16字節,每兩個字節組成一個正反對,即,字節1是字節0的反碼,字節3是字節2的反碼,字節15是字節14的反碼,所以,芯片使用者只要設置8個字節就行了,另外8個字節系統自動填充為反碼。因此,有時候,也說STM32的選項字節是8個字節,但是占了16字節的空間。選項字節的8字節正碼概述如下: 


RDP       字節0。讀保護字節,存儲對主存儲塊的讀保護設置。 
USER      字節2。用戶字節,配置看門狗、停機、待機。 
Data0     字節4。數據字節0,由芯片使用者自由使用。 
Data1     字節6。數據字節1,由芯片使用者自由使用。 
WRP0      字節8。寫保護字節0,存儲對主存儲塊的寫保護設置。 
WRP1      字節10。寫保護字節1,存儲對主存儲塊的寫保護設置。
WRP2      字節12。寫保護字節2,存儲對主存儲塊的寫保護設置。 
WRP3      字節14。寫保護字節3,存儲對主存儲塊的寫保護設置。 

選項字節寫使能 
   在FLASH_CR中,有一個OPTWRE位,該位為0時,不允許進行選項字節操作(擦除、編程)。這稱為選項字節寫使能。只有該位為1時,才能進行選項字節操作。 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,才允許選項字節操作。這稱為解鎖(打開)選項字節寫使能。該位為1后,可以由軟件清零,關閉寫使能。復位后,該位為0。錯誤操作不會永遠關閉寫使能,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,並且依然是打開的。 很顯然,進行選項字節操作前,先要解開閃存鎖,然后打開選項字節寫使能,之后,才能進行選項字節操作。 
 
選項字節擦除 
    建議使用如下步驟對選項字節進行擦除: 
1.檢查FLASH_SR寄存器的BSY位,以確認沒有其他正在進行的閃存操作。  
2.解鎖FLASH_CR寄存器的OPTWRE位。即,打開寫使能。 
3.設置FLASH_CR寄存器的OPTER位為1。選擇選項字節擦除操作。  
4.設置FLASH_CR寄存器的STRT位為1。 
5.等待FLASH_SR寄存器的BSY位變為0,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.讀出選項字節並驗證數據。 
   由於選項字節只有16字節,因此,擦除時是整個選項字節都被擦除了。
 
選項字節編程 
    建議使用如下步驟對選項字節進行編程: 
1.檢查FLASH_SR寄存器的BSY位,以確認沒有其他正在進行的編程操作。  
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位變為0,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並驗證數據。 對選項字節編程時,FPEC使用半字中的低字節並自動地計算出高字節(高字節為低字節的反碼),並開始編程操作,這將保證選項字節和它的反碼始終是正確的。 

主存儲塊的保護 
    可以對主存儲塊中的數據進行讀保護、寫保護。 讀保護用於保護數據不被非法讀出。防止程序泄密。 寫保護用於保護數據不被非法改寫,增強程序的健壯性。 

讀保護 
    主存儲塊啟動讀保護后,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行讀操作,不允許對主存儲塊的前4KB進行擦除編程操作,可以對4KB之后的區域進行擦除編程操作。 

 

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

 

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

 
    只有當RDP選項字節的值為RDPRT鍵值時,讀保護才被關閉,否則,讀保護就是啟動的。因此,擦除選項字節的操作,將啟動主存儲塊的讀保護。如果要關閉讀保護,必須將RDP選項字節編程為RDPRT鍵值。並且,如果編程選項字節,使RDP由非鍵值變為鍵值(即由保護變為非保護)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,關閉寫保護功能。 
 
寫保護 
    STM32主存儲塊可以分域進行寫保護。如果試圖對寫保護的域進行擦除或編程操作,在閃存狀態寄存器(FLASH_SR)中會返回一個寫保護錯誤標志。STM32主存儲塊每個域4KB,WRP0-WRP3選項字節中的每一位對應一個域,位為0時,寫保護有效。對於超過128KB的產品,WRP3.15保護了域31及之后的所有域。顯然,擦除選項字節將導致解除主存儲塊的寫保護。

選項字節與它的寄存器映象 
    我們知道,FPEC有兩個寄存器存儲了選項字節的映象。那么,選項字節本體(在FLASH中)與映象(在寄存器中)究竟有什么區別呢? 
    選項字節的本體只是個FLASH,它的作用只是掉電存儲選項字節內容而以,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。而映象是在復位后,用本體的值加載的,此后,除非復位,映象將不再改變。所以,更改本體的數據后,不會立即生效,只有復位加載到映象中后,才會生效。 有一點要注意的是,當更改本體的值,使主存儲塊讀保護變為不保護時,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的動作。但即使這樣,讀保護依然要等到復位后,加載到映象后,才會解除。
 
關於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.選項字節編程一節中: 
    對FPEC解鎖后,必須分別寫入KEY1和KEY2(見2.3.1節)到FLASH_OPTKEYR寄存器,再設置FLASH_CR寄存器的OPTWRE位為’1’,此時可以對選項字節進行編程。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.對讀保護的描述中: 
    對讀保護的數值對無法理解。正確的應該是,RDP為RDPRT鍵值時,解除讀保護,為其它值時,讀保護生效。


看了半天,原來只要幾句就可以解決,當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);//清除標志位
/*********************************************************************************
 //               FLASH_FLAG_BSY            FLASH忙標志位
 //               FLASH_FLAG_EOP            FLASH操作結束標志位
 //               FLASH_FLAG_PGERR          FLASH編寫錯誤標志位
 //               FLASH_FLAG_WRPRTERR       FLASH頁面寫保護錯誤標凈         **********************************************************************************/
     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->清除標志位(可以不要)->擦除->寫半字->清楚標志位(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,根據上一筆記Flash地址可以看出芯片每頁容量2K,即2048字節,255表示芯片的最后一頁,這個根據不同芯片而定。之所以從后面頁寫起可以防止儲存數據破壞用戶程序。addr*2是因為每個數據占用2字節(半字),雖然寫入的是1字節數據,但是編程是2字節為單位,也就是說一個字節的數據也會占用兩個字節地址。


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


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