一、FLASH介绍

  • 1、概念：非易失性存储：内部FLASH用于存储程序代码和常量数据，断电后数据不丢失。

  • 2、结构与容量

    • 型号相关：不同STM32系列（如F1/F4/H7）容量差异大，从16KB到2MB不等。

    • 分块管理：

      • F1系列：分页结构（1KB或2KB每页）。

      • F4系列：扇区结构（16KB、64KB、128KB等）。

      • H7系列：双Bank设计，支持并行操作。

  • 3、访问特性

    • 读写速度：零等待周期时可达CPU主频速度，高频需插入等待周期（如F1@72MHz需2周期）。

    • 操作单位：

      • 擦除：按页/扇区或整片（时间较长，需数毫秒到秒级）

      • 写入：按半字（16位）或字（32位），不支持按字节写入。

    • 解锁机制：通过FLASH_KEYR写入密钥解锁写保护。

  • 4、功能特性

    • 启动配置：通过BOOT引脚选择启动源（如FLASH、系统存储器）。

    • 保护机制：

      • 读保护（RDP）：防止调试接口读取，触发后需全片擦除解除。

      • 写保护：可选扇区保护，避免误擦写。

    • 选项字节（Option Bytes）：配置保护、复位策略等，需单独操作。

  • 5、编程方式

    • ICP（在线编程）：通过SWD/JTAG接口烧录，使用ST-Link等工具。

    • IAP（应用内编程）：

      • 自更新：程序运行时修改自身FLASH，需注意中断管理和代码重定位。

      • 双Bank应用：H7系列可在双Bank间切换，实现无中断升级。

对于存储器的其他介绍，可以详见这一篇。常见存储器介绍

二、STM32的内部FLASH简介

在这里插入图片描述

  • 存储程序代码：

在 STM32 芯片内部有一个 FLASH 存储器，它主要用于存储代码，我们在电脑上编写好应用程序后，使用下载器把编译后的代码文件烧录到该内部 FLASH 中。

由于 FLASH 存储器的内容在掉电后不会丢失，芯片重新上电复位后，内核可从内部 FLASH 中加载代码并运行。

  • 存储关键信息

除了通过外部工具（如下载器）进行读写操作外，STM32芯片在运行时也能直接对内部FLASH进行读写操作。

如果内部FLASH在存储应用程序后仍有剩余空间，我们可以将其当作一个类似于外部SPI-FLASH的存储设备，用于保存程序运行时产生的数据。

这些数据在掉电后依然可以被保留，因此非常适合用于存储需要长期保存的关键信息。

  • 访问速度

由于内部FLASH的访问速度远高于外部SPI-FLASH，它在紧急状态下可以作为存储关键记录的首选区域。例如，在系统出现异常或需要快速保存重要数据时，内部FLASH能够快速响应并完成数据存储。

  • 安全性

为了保护程序代码和存储数据的安全性，STM32还提供了一系列内部FLASH的保护措施。例如，可以通过设置选项字节或使用加密算法来禁止读写内部FLASH中的内容。一些应用会在首次运行时计算加密信息并将其存储在特定区域，随后删除部分加密代码，从而防止程序被抄袭。

2.1 内部FLASH的构成

STM32 的内部 FLASH 包含主存储器、系统存储器以及选项字节区域，它们的地址分布及大小如下：
在这里插入图片描述

2.1.1 主存储器

一般我们说 STM32 内部 FLASH 的时候，都是指这个主存储器区域，它是存储用户应用程序的空间，芯片型号说明中的 256K FLASH、 512K FLASH 都是指这个区域的大小。

主存储器分为 256 页，每页大小为 2KB，共 512KB。这个分页的概念，实质就是 FLASH 存储器的扇区，与其它 FLASH 一样，在写入数据前，要先按页（扇区）擦除。

注意上表中的主存储器是本实验板使用的 STM32VET6 型号芯片的参数，即 STM32F1 大容量产品。若使用超大容量、中容量或小容量产品，它们主存储器的页数量、页大小均有不同，使用的时候要注意区分。

关于 STM32 内部 FLASH 的容量类型可根据它的型号名获知，见下表：
在这里插入图片描述

2.1.2 系统存储区

系统存储区是用户不能访问的区域，它在芯片出厂时已经固化了启动代码，它负责实现串口、 USB以及 CAN 等 ISP 烧录功能。

STM32出厂前就已经使用了的空间。

2.1.3 选项字节

选项字节用于配置 FLASH 的读写保护、待机/停机复位、软件/硬件看门狗等功能，这部分共 16字节。可以通过修改 FLASH 的选项控制寄存器修改。

相当于（FLASH类型的）寄存器。

三、对内部FLASH的写入过程

3.1 解锁

由于内部 FLASH 空间主要存储的是应用程序，是非常关键的数据，为了防止误操作修改了这些内容，芯片复位后默认会给控制寄存器 FLASH_CR 上锁，这个时候不允许设置 FLASH 的控制寄存器，从而不能修改 FLASH 中的内容。

所以对 FLASH 写入数据前，需要先给它解锁。

解锁步骤：

  • 1、 往 FPEC 键寄存器 FLASH_KEYR 中写入 KEY1 = 0x45670123；

  • 2、再往 FPEC 键寄存器 FLASH_KEYR 中写入 KEY2 = 0xCDEF89AB；

在这里插入图片描述

/* FLASH Keys */
#define RDP_Key                  ((uint16_t)0x00A5)
#define FLASH_KEY1               ((uint32_t)0x45670123)
#define FLASH_KEY2               ((uint32_t)0xCDEF89AB)

/**
  * @brief  Unlocks the FLASH Program Erase Controller.
  * @note   This function can be used for all STM32F10x devices.
  *         - For STM32F10X_XL devices this function unlocks Bank1 and Bank2.
  *         - For all other devices it unlocks Bank1 and it is equivalent 
  *           to FLASH_UnlockBank1 function.. 
  * @param  None
  * @retval None
  */
void FLASH_Unlock(void)
{
  /* Authorize the FPEC of Bank1 Access */
  FLASH->KEYR = FLASH_KEY1;
  FLASH->KEYR = FLASH_KEY2;
}

3.2 擦除扇区

在写入新的数据前，需要先擦除存储区域， STM32 提供了页（扇区）擦除指令和整个 FLASH 擦除 (批量擦除) 的指令，批量擦除指令仅针对主存储区。

擦除步骤：

  • 1、检查 FLASH_SR 寄存器中的“忙碌寄存器位 BSY”，以确认当前未执行任何 Flash 操作；

    BSY 0：不忙碌 1：忙碌；

  • 2、在 FLASH_CR 寄存器中，将“激活页擦除寄存器位 PER ”置 1；

  • 3、用 FLASH_AR 寄存器选择要擦除的页；

  • 4、将 FLASH_CR 寄存器中的“开始擦除寄存器位 STRT ”置 1，开始擦除；

  • 5、 等待 BSY 位被清零时，表示擦除完成；

  • 6、将“激活页擦除寄存器位 PER ”清 0；

/**
  * @brief  Erases a specified FLASH page.
  * @note   This function can be used for all STM32F10x devices.
  * @param  Page_Address: The page address to be erased.
  * @retval FLASH Status: The returned value can be: FLASH_BUSY, FLASH_ERROR_PG,
  *         FLASH_ERROR_WRP, FLASH_COMPLETE or FLASH_TIMEOUT.
  */
FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address)
{
  FLASH_Status status = FLASH_COMPLETE;
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_FLASH_ADDRESS(Page_Address));

  /* Wait for last operation to be completed */
  status = FLASH_WaitForLastOperation(EraseTimeout);	// 1、检测BSY位
  
  if(status == FLASH_COMPLETE)
  { 
    /* if the previous operation is completed, proceed to erase the page */
    FLASH->CR|= CR_PER_Set;		// 2、PER置1
    FLASH->AR = Page_Address; 	// 3、选择要擦除的页
    FLASH->CR|= CR_STRT_Set;	// 4、STRT置1
    
    /* Wait for last operation to be completed */
    status = FLASH_WaitForLastOperation(EraseTimeout);		// 5、等待清除完成
    
    /* Disable the PER Bit */
    FLASH->CR &= CR_PER_Reset;	// 6、PER清0
  }

  /* Return the Erase Status */
  return status;
}

在这里插入图片描述

3.3 写入数据

擦除完毕后即可写入数据，写入数据的过程并不是仅仅使用指针向地址赋值，赋值前还还需要配置一系列的寄存器。

写入步骤：

  • 1、检查 FLASH_SR 中的 BSY 位，以确认当前未执行任何其它的内部 Flash 操作；

  • 2、将 FLASH_CR 寄存器中的“激活编程寄存器位 PG”置 1；

  • 3、向指定的 FLASH 存储器地址执行数据写入操作，每次只能以 16 位的方式写入；

  • 4、等待 BSY 位被清零时，表示写入完成；

  • 5、将 FLASH_CR 寄存器中的“激活编程寄存器位 PG”清0；

/**
  * @brief  Programs a word at a specified address.
  * @note   This function can be used for all STM32F10x devices.
  * @param  Address: specifies the address to be programmed.
  * @param  Data: specifies the data to be programmed.
  * @retval FLASH Status: The returned value can be: FLASH_ERROR_PG,
  *         FLASH_ERROR_WRP, FLASH_COMPLETE or FLASH_TIMEOUT. 
  */
FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data)
{
  FLASH_Status status = FLASH_COMPLETE;
  __IO uint32_t tmp = 0;

  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_FLASH_ADDRESS(Address));

  /* Wait for last operation to be completed */
  status = FLASH_WaitForLastOperation(ProgramTimeout);		// 1、检测BSY位
  
  if(status == FLASH_COMPLETE)
  {
    /* if the previous operation is completed, proceed to program the new first 
    half word */
    FLASH->CR |= CR_PG_Set;		// 2、PG置1
  
    *(__IO uint16_t*)Address = (uint16_t)Data;		// 3、写入数据
    /* Wait for last operation to be completed */
    status = FLASH_WaitForLastOperation(ProgramTimeout);	// 4、等待写入完成
 
    if(status == FLASH_COMPLETE)
    {
      /* if the previous operation is completed, proceed to program the new second 
      half word */
      tmp = Address + 2;

      *(__IO uint16_t*) tmp = Data >> 16;
    
      /* Wait for last operation to be completed */
      status = FLASH_WaitForLastOperation(ProgramTimeout);
        
      /* Disable the PG Bit */
      FLASH->CR &= CR_PG_Reset;			// 5.PG清0
    }
    else
    {
      /* Disable the PG Bit */
      FLASH->CR &= CR_PG_Reset;
    }
  }         
   
  /* Return the Program Status */
  return status;
}

在这里插入图片描述

四、查看工程的空间分布

由于内部FLASH本身存储了程序代码，若非有意删除某段代码，一般不应修改程序空间的内容。因此，在使用内部FLASH存储其他数据之前，需先了解哪些空间已写入程序代码。已存储程序代码的扇区不应进行任何修改。

通过查询应用程序编译时产生的“*.map”后缀文件，可以了解程序存储到了哪些区域。

在这里插入图片描述

用Total ROM Size（十进制转十六进制+Base）算出整个程序占用空间。

五、实验：读写内部FLASH

// flash.c文件
#include "flash.h"

#define FLASH_BASE_ADDR		0x08000000
#define FLASH_SIZE			(1024*512)

// 1、解锁
// 2、擦除指定的页（查看工程分部，以防擦除程序本身）
// 3、写入数据
// 4、读出数据校验

void Flash_Write(uint32_t Addr, uint32_t data)
{
	FLASH_Unlock();
	
	FLASH_ErasePage(Addr);		// FLASH_ErasePage(0x80000000 + 2*1024*page);	擦除第page页
	
	FLASH_ProgramWord(Addr, data);
	
	FLASH_Lock();
}

uint32_t Flash_Read(uint32_t Addr)
{
	if(Addr < FLASH_BASE_ADDR || Addr >= FLASH_BASE_ADDR + FLASH_SIZE)
	{
			// 地址超出范围，返回错误值
			return 0x5aa5a5a5;
	}
	
	uint32_t *p = (uint32_t *)Addr;
	
	return *p;
}

// flash.h文件
#ifndef __FLASH_H
#define __FLASH_H

#include "stm32f10x.h"

void Flash_Write(uint32_t Addr, uint32_t data);
uint32_t Flash_Read(uint32_t Addr);
	
#endif /* __FLASH_H */								

// main.c文件
#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
#include "flash.h"

int main(void)
{
	uint32_t temp = 0;
	
	USART_Config();
	
	Flash_Write(0x08000000+2*1024*5, 0x12345678);
	
	printf("\r\n 写入完成\r\n");
	
                                
	temp = Flash_Read(0x08000000+2*1024*5);
	
	printf("\r\n 写入的值为 0x%x :\r\n" , temp);
	
	while(1)
	{

	}
	
}

在这里插入图片描述

  • 在 Flash_Read 函数中，对地址进行检测是十分必要的。如果地址传错，而函数中没有这种检测机制，那么就需要花费大量精力去排查这种失误。
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