STM32的FLASH操作介绍与总结

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。

FLASH分类

根据用途,STM32片内的FLASH分成两部分:主存储块、信息块。

主存储块用于存储程序,我们写的程序一般存储在这里。

信息块又分成两部分:系统存储器、选项字节。

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。

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序(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。

整片擦除

整片擦除功能擦除整个主存储块,信息块不受此操作影响。

建议使用以下步骤进行整片擦除:

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.设置FLASH_CR寄存器的MER位为1。选择整片擦除操作。

3.设置FLASH_CR寄存器的STRT位为1。启动整片擦除操作。

4.等待FLASH_SR寄存器的BSY位变为0,表示操作完成。

5.查询FLASH_SR寄存器的EOP位,EOP为1时,表示操作成功。

6.读出所有页并做验证。擦完后所有数据位都为1。

主存储块的编程

对主存储块编程每次可以写入16位。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(16位)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时),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。

建议使用如下步骤对主存储块进行编:

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.设置FLASH_CR寄存器的PG位为1。选择编程操作。

3.在指定的地址写入要编程的半字。直接用指针写。

4.等待FLASH_SR寄存器的BSY位变为0,表示操作完成。

5.查询FLASH_SR寄存器的EOP位,EOP为1时,表示操作成功。

6.读出写入的地址并验证数据。

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。3

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。

本文转自:http://hi.baidu.com/dzr_nt99/item/dba0544a0b4902b0de2a9f2f

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