前言

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闪存存储器即Flash，在 STM32 微控制器中，Flash 存储器承担着以下核心作用：

1. 存储程序代码：保存编译后的固件，确保每次复位后程序能够正常运行。
2. 保存配置数据：用于持久化存储系统参数。
3. 支持固件更新：用于空中固件更新（FOTA）以及存储引导加载程序（Bootloader）。

手册里也有提到STM32F10xxx内嵌的闪存存储器可以用于在线编程(ICP)或在程序中编程(IAP)烧写。当然，对于容量不大的芯片，通常使用外部存储器来实现IAP升级功能。

从底层物理结构来看，STM32 的 Flash 模块通常基于 NOR Flash 技术，这种结构支持快速的随机读取操作，非常适合程序的直接执行。然而，它的写入机制比较特殊：每次向 Flash 写入数据时，只能将数据位从 1 变为 0。如果希望将某位恢复为 1，就必须先执行擦除操作，且擦除操作必须以“页（Page）”或“扇区（Sector）”为单位进行。

这种按扇区擦除的机制决定了 Flash 的读写粒度。例如，STM32F1 系列通常以 1KB 或 2KB 的页面为单位，而 STM32F4 系列则以 16KB、64KB 甚至 128KB 的扇区为单位。此外，Flash 存储器的擦写寿命是有限的（通常在 10万次左右），过度擦写会导致扇区失效。

闪存模块

判断mcu类型

以F1为例，按照不同容量，存储器组织成32个1K字节/页(小容量)、128个1K字节/页(中容量)、128个2K字 节/页(互联型)、256个2K字节/页(大容量)的主存储器块和一个信息块。

以STM32F103RCT6为例，根据上述图片，其为引脚为64，256K闪存，48KRAM的大容量产品。

启动方式

手册中提到：

这句话怎么理解呢？我们结合以下图片。stm32的启动模式取决于boot0和boot1的引脚电平，不管你是哪种启动模式，STM32 上电或复位后，CPU 的 PC（程序计数器）指针永远是从 0x00000000 开始取指令的。这是 ARM Cortex-M 内核的硬件规定。

既然 CPU 总是从 0x00000000 开始跑，那这个地址里装的是什么代码呢？这就取决于你板子上 BOOT0 和 BOOT1 引脚的电平状态（即启动模式）了。STM32 会在复位瞬间锁存这两个引脚的电平，进行内存重映射（Memory Remap）：

• 模式一：主闪存存储器启动（Main Flash）

  • BOOT0 = 0
  • 映射机制：芯片将主闪存（物理地址 0x08000000）映射到 0x00000000。
  • 结果：这就是我们平时最常用的模式。CPU 从 0x00000000 取指令，实际上读取的是 0x08000000 里的用户代码。

• 模式二：系统存储器启动（System Memory）

  • BOOT0 = 1，BOOT1 = 0
  • 映射机制：芯片将系统存储器（物理地址 0x1FFFF000）映射到 0x00000000。
  • 结果：这块区域是 ST 官方在出厂时固化在芯片里的 Bootloader（ISP 程序），出厂后不可修改。此时 CPU 从 0x00000000 取指令，实际上运行的是官方的 Bootloader，这就是为什么我们可以通过串口下载程序的原因。

• 模式三：内置 SRAM 启动

  • BOOT0 = 1，BOOT1 = 1
  • 映射机制：芯片将内部 SRAM（物理地址 0x20000000）映射到 0x00000000。
  • 结果：SRAM 是易失性存储器，掉电数据就没了。这种模式一般用于快速调试代码，不需要反复擦写 Flash。

读操作

从系统架构图可以看到Flash接口通过ICode总线和DCode总线与MCU相连，而Flash只与Flash接口交换数据，这样做有什么好处呢？CPU 的运行速度（比如 72MHz）远快于 Flash 的物理读取速度。如果 CPU 直接去 Flash 拿数据，每次都要等很久（插入等待周期）。这个接口充当了 CPU 和 Flash 之间的“缓冲翻译官”，负责发出底层物理控制信号，并管理预取缓冲器。

ICode总线负责取指令，CPU 运行程序时，读控制器会提前把接下来要执行的指令块“预取”到缓存里，这样 CPU 就不需要停下来等 Flash，从而实现流水线的高效执行。DCode总线负责数据，当你的代码里定义了 const 常量（如 const int arr[] = {...};），或者在调试时读取 Flash 里的数据，都会走这条总线。

并且Flash 接口内置了仲裁机制，数据访问（D-Code）的优先级高于指令预取（I-Code）。

取指令

预取缓冲器

预取缓冲器包含两个数据块，每个数据块8个字节，STM32F103 的内部 Flash 物理位宽是 64 位（即 8 个字节），因此读取预取指令块可以在一个周期内完成。

CPU 正在执行当前这 8 字节里的指令时，Flash 控制器并没有闲着，它已经提前把接下来的 8 字节（下一个数据块）从 Flash 里搬到了缓冲器里。当 CPU 执行完当前指令，需要下一条时，直接从缓冲器里拿，不需要等待 Flash 的物理读取时间。这就完美掩盖了 Flash 读取慢的缺陷。

预取控制器

单片机每次复位后，预取缓冲器处于开启状态。预取控制器根据预取缓冲器中可用的空间决定是否访问闪存，预取缓冲器中有至少一块的空余 空间时，预取控制器则启动一次读操作。

DCode接口

闪存访问控制器

闪存编程和擦除控制器（FPEC）

1.  FPEC键寄存器(FLASH_KEYR)
2.  选项字节键寄存器(FLASH_OPTKEYR)
3.  闪存控制寄存器(FLASH_CR)
4.  闪存状态寄存器(FLASH_SR)
5.  闪存地址寄存器(FLASH_AR)
6.  选项字节寄存器(FLASH_OBR)
7.  写保护寄存器(FLASH_WRPR)

解除闪存锁

需要注意以下三点：

1. 默认上锁，两步解锁：复位后闪存是锁死的。必须严格按照顺序，先向密钥寄存器（FLASH_KEYR）写入KEY1，再写入KEY2，才能成功解锁。
2. 写错直接“死机”：如果解锁时没按顺序写，或者写错了密钥，系统会立刻报总线错误，并且在下次重启前彻底锁死，再也无法写入。
3. 支持手动上锁：解锁后，程序可以主动把闪存重新锁上（设置LOCK位）。如果后续还需要写入，只要再次输入正确的“KEY1+KEY2”就能重新解锁。

三个键值分别为：RDPRT键 = 0x000000A5， KEY1 = 0x45670123， KEY2 = 0xCDEF89AB

以HAL库为例，首先判断一下是否上锁，如果是就按顺序写入KEY1和KEY2，如果不是直接返回HAL_OK。写完键值之后再判断一下是否还是上锁状态，如果是的话就返回HAL_ERROR。

主闪存编程

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.  设置FLASH_CR寄存器的PG位为’1’；
3.  在指定的地址写入要编程的半字；
4.  等待BSY位变为’0’；
5.  读出写入的地址并验证数据。

注意：这种编程模式必须以半字形式写入，否则会报总线错误；FPEC先读出指定地址的内容并检查它是否被擦除，如未被擦除则不执行编程并在FLASH_SR寄存器的PGERR位提出警告(唯一的例外是当要烧写的数值是0x0000时，0x0000可被正确烧入且 PGERR位不被置位)；如果指定的地址在FLASH_WRPR中设定为写保护，则不执行编程并在 FLASH_SR寄存器的WRPRTERR位置’1’提出警告。FLASH_SR寄存器的EOP为’1’时表示编程结束。

当FLASH_SR寄存器的BSY位为’1’时，不能对任何寄存器执行写操作。

闪存擦除

页擦除

HAL库代码如下：

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’；
3.  设置FLASH_CR寄存器的STRT位为’1’；
4.  等待BSY位变为’0’；
5.  读出所有页并做验证。

HAL库代码如下：

选项字节编程

之后补充

保护

1.  对于小容量和中容量的产品为4页；
2.  对于大容量和互联型的产品为2页。

HAL库中没有针对保护的特定库函数，可以参考：

49. 设置FLASH的读写保护及解除 — [野火]STM32 HAL库开发实战指南——基于野火F4系列开发板 文档

[STM32 - 野火] - - - 固件库学习笔记 - - - 十五.设置FLASH的读写保护及解除 - 技术栈

读保护

读保护只防“外人”，不防“自己”。芯片正常上电，从内部 Flash 启动运行你的程序时，你的程序可以正常读取 Flash，也可以通过 IAP（在应用编程）去擦写其他区域的 Flash。

为了防止恶意代码修改中断向量表跳到 RAM 里执行，Flash 的第 0~3 页会被硬件强制加上写保护。这意味着哪怕是你自己的程序，也无法擦写这几页（通常用来放 Bootloader）。

一旦开启读保护，外部调试器（JTAG/SWD）就彻底变成了“瞎子”。

• 调试器不能读 Flash，不能写 Flash，不能擦除 Flash。
• 黑客常用的手段——把破解代码下载到 RAM 里，然后让 CPU 从 RAM 启动去读 Flash，这条路也被堵死了。
• 甚至连 DMA（直接内存访问）也被限制了，防止有人用 DMA 绕过 CPU 偷偷把 Flash 里的数据搬运出来。

虽然调试器不能读 Flash 了，但 STM32 还是留了一个后门：你依然可以通过调试器把代码下载到 RAM 里并运行。如果你以后想更新程序或关闭读保护，你可以写一段只有几行的极简代码（里面只包含解锁选项字节、关闭读保护的指令），下载到 RAM 里运行。

为了防止有人用这种方法窃取数据，STM32 规定：只要你把读保护级别降回去（比如从 Level 1 降到 Level 0），芯片会立刻自动执行“全片擦除”。也就是说，你原来的程序和数据会瞬间灰飞烟灭，必须重新烧录。

写保护

不同容量的芯片，写保护打包的规则不同：

• 小/中容量产品：以 4页 为一组。比如你开启了第0页的写保护，那么第0、1、2、3页会同时被锁死。
• 大容量产品：前62页以 2页 为一组（比如第0、1页绑定，第2、3页绑定）；但第62页到第255页这最后的一大块区域，是绑定在一起的，只要开启保护，这最后的一大片就全部被锁死。
• 互联型产品：前62页同样以 2页 为一组；第62页到第127页是绑定在一起的。

如果试图在一个受保护的页面进行编程或擦除操作，在闪存状态寄存器(FLASH_SR)中会返回一个保护错误标志。

写保护（WRP）是存储在“选项字节（Option Bytes）”里的。你在代码里修改了 WRP 寄存器的值，写保护并不会立刻生效。你必须让芯片执行一次系统复位（Reset），芯片在启动时才会去读取新的选项字节，把写保护规则真正应用到硬件上。

选项字节写保护

后续补充

选项字节说明

后续补充

寄存器

暂不额外说明