基于STM32的Flash读取


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:
基于STM32的Flash读写详解_单片机
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。
    基于STM32的Flash读写详解_arm_02
    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;
}
  1. 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(WriteAddr,pBuffer,secremain);//写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间.
if(NumToWrite==secremain)break;//写入结束了
else//写入未结束
{
secpos++; //扇区地址增1
secoff=0; //偏移位置为0
pBuffer+=secremain; //指针偏移
WriteAddr+=secremain; //写地址偏移
NumToWrite-=secremain; //字节(16位)数递减
if(NumToWrite>(STM_SECTOR_SIZE/2))secremain=STM_SECTOR_SIZE/2;//下一个扇区还是写不完
else secremain=NumToWrite;//下一个扇区可以写完了
}
};
FLASH_Lock();//上锁
}

使用时,我们只需要当我们功能需要写入Flash时,调用此函数即可。

STMFLASH_Write(FLASH_ADDR,flg_false,size);//将标志位置为更改为0x00

此语句实现从FLASH_ADDR地址写入size大小的Temporary_storage数据。

如何在Keil 5中查看Flash某地址的内容

Keil的软件调试中,有专门可以查看所连接的板子的Flash的内容。
首先我们点击调试按钮,如下图。基于STM32的Flash读写详解_闪存_03
之后我们在View中找到memory Windows,选择memory1。之后我们就可以看到右下角出现Flash的内容,第一次打开是空白,因为还没有选定地址,会出现下图内容。
基于STM32的Flash读写详解_闪存_04
我们在地址处填写想查看的地址,比如查看0x0800 3A98,输入完成后点击回车,就会出现Flash地址对应的内容。
基于STM32的Flash读写详解_单片机_05

后续

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基于STM32的Flash读写详解_stm32_06

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