第三十九章 FLASH模拟EEPROM实验

  STM32本身没有自带EEPROM，但是STM32具有IAP（在应用编程）功能，所以我们可以把它的FLASH当成EEPROM来使用。本章，我们将利用STM32内部的FLASH来实现第二十八章类似的效果，不过这次我们是将数据直接存放在STM32内部，而不是存放在W25Q64。本章分为如下几个部分：

39.1 STM32 FLASH简介

39.2 硬件设计

39.3 软件设计

39.4 下载验证

39.1 STM32 FLASH简介

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。战舰STM32开发板选择的STM32F103ZET6的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39.1.1所示：

 

图39.1.1 大容量产品闪存模块组织

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，本章不作介绍。

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。

       闪存的读取

内置闪存模块可以在通用地址空间直接寻址，任何32位数据的读操作都能访问闪存模块的内容并得到相应的数据。读接口在闪存端包含一个读控制器，还包含一个AHB接口与CPU衔接。这个接口的主要工作是产生读闪存的控制信号并预取CPU要求的指令块，预取指令块仅用于在I-Code总线上的取指操作，数据常量是通过D-Code总线访问的。这两条总线的访问目标是相同的闪存模块，访问D-Code将比预取指令优先级高。

这里要特别留意一个闪存等待时间，因为CPU运行速度比FLASH快得多，STM32F103的FLASH最快访问速度≤24Mhz，如果CPU频率超过这个速度，那么必须加入等待时间，比如我们一般使用72Mhz的主频，那么FLASH等待周期就必须设置为2，该设置通过FLASH_ACR寄存器设置。

例如，我们要从地址addr，读取一个半字（半字为16为，字为32位），可以通过如下的语句读取：

                    data=*(vu16*)addr;

将addr强制转换为vu16指针，然后取该指针所指向的地址的值，即得到了addr地址的值。类似的，将上面的vu16该位vu8，即可读取指定地址的一个字节。相对FLASH读取来说，STM32 FLASH的写就复杂一点了，下面我们介绍STM32闪存的编程和擦除。

       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：

l  FPEC键寄存器(FLASH_KEYR)

l  选择字节键寄存器(FLASH_OPTKEYR)

l  闪存控制寄存器(FLASH_CR)

l  闪存状态寄存器(FLASH_SR)

l  闪存地址寄存器(FLASH_AR)

l  选择字节寄存器(FLASH_OBR)

l  写保护寄存器(FLASH_WRPR)

其中FPEC键寄存器总共有3个键值：

RDPRT键=0X000000A5

KEY1=0X45670123

KEY2=0XCDEF89AB

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（即写入KEY1和KEY2），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编程过程如图39.1.2所示：

 

图39.1.2 STM32闪存编程过程

       从上图可以得到闪存的编程顺序如下：

l  检查FLASH_CR的LOCK是否解锁，如果没有则先解锁

l  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

l  设置FLASH_CR寄存器的PG位为’1’

l  在指定的地址写入要编程的半字

l  等待BSY位变为’0’

l  读出写入的地址并验证数据

前面提到，我们在STM32的FLASH编程的时候，要先判断缩写地址是否被擦除了，所以，我们有必要再绍一下STM32的闪存擦除，STM32的闪存擦除分为两种：页擦除和整片擦除。页擦除过程如图39.1.3所示

 

图39.1.3 STM32闪存页擦除过程

 

从上图可以看出，STM32的页擦除顺序为：

l  检查FLASH_CR的LOCK是否解锁，如果没有则先解锁

l  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

l  设置FLASH_CR寄存器的PER位为’1’

l  用FLASH_AR寄存器选择要擦除的页

l  设置FLASH_CR寄存器的STRT位为’1’

l  等待BSY位变为’0’

l  读出被擦除的页并做验证

本章，我们只用到了STM32的页擦除功能，整片擦除功能我们在这里就不介绍了。通过以上了解，我们基本上知道了STM32闪存的读写所要执行的步骤了，接下来，我们看看与读写相关的寄存器说明。

第一个介绍的是FPEC键寄存器：FLASH_KEYR。该寄存器各位描述如图39.1.4所示：

 

图39.1.4 寄存器FLASH_KEYR各位描述

该寄存器主要用来解锁FPEC，必须在该寄存器写入特定的序列（KEY1和KEY2）解锁后，才能对FLASH_CR寄存器进行写操作。

第二个要介绍的是闪存控制寄存器：FLASH_CR。该寄存器的各位描述如图39.1.5所示：

 

图39.1.5 寄存器FLASH_CR各位描述

       该寄存器我们本章只用到了它的LOCK、STRT、PER和PG等4个位。

       LOCK位，该位用于指示FLASH_CR寄存器是否被锁住，该位在检测到正确的解锁序列后，硬件将其清零。在一次不成功的解锁操作后，在下次系统复位之前，该位将不再改变。

       STRT位，该位用于开始一次擦除操作。在该位写入1 ，将执行一次擦除操作。

       PER位，该位用于选择页擦除操作，在页擦除的时候，需要将该位置1。

       PG位，该位用于选择编程操作，在往FLASH写数据的时候，该位需要置1。

       FLASH_CR的其他位，我们就不在这里介绍了，请大家参考《STM32F10xxx闪存编程参考手册》第18页。

       第三个要介绍的是闪存状态寄存器：FLASH_SR。该寄存器各位描述如图39.1.6所示：

 

 

图39.1.6 寄存器FLASH_SR各位描述

       该寄存器主要用来指示当前FPEC的操作编程状态。

       最后，我们再来看看闪存地址寄存器：FLASH_AR。该寄存器各位描述如图39.1.7所示：

 

图39.1.7 寄存器FLASH_AR各位描述

       该寄存器在本章，我们主要用来设置要擦除的页。

       关于STM32 FLASH的介绍，我们就介绍到这。更详细的介绍，请参考《STM32F10xxx闪存编程参考手册》。

39.2 硬件设计

本章实验功能简介：开机的时候先显示一些提示信息，然后在主循环里面检测两个按键，其中1个按键（WK_UP）用来执行写入FLASH的操作，另外一个按键（KEY1）用来执行读出操作，在TFTLCD模块上显示相关信息。同时用DS0提示程序正在运行。

所要用到的硬件资源如下：

1）  指示灯DS0

2）  WK_UP和KEY1按键

3）  TFTLCD模块

4）  STM32内部FLASH

本章需要用到的资源和电路连接，在之前已经全部有介绍过了，接下来我们直接开始软件设计。

39.3 软件设计

打开上一章的工程，首先在HARDWARE文件夹下新建一个STMFLASH的文件夹。然后新建一个stmflash.c和stmflash.h的文件保存在STMFLASH文件夹下，并将这个文件夹加入头文件包含路径。

       打开stmflash.c文件，输入如下代码：

#include "stmflash.h"

#include "delay.h"

#include "usart.h"

//解锁STM32的FLASH

void STMFLASH_Unlock(void)

{

  FLASH->KEYR=FLASH_KEY1;//写入解锁序列.

  FLASH->KEYR=FLASH_KEY2;

}

//flash上锁

void STMFLASH_Lock(void)

{

  FLASH->CR|=1<<7;//上锁

}

//得到FLASH状态

u8 STMFLASH_GetStatus(void)

{    

       u32 res;         

       res=FLASH->SR;

       if(res&(1<<0))return 1;            //忙

       else if(res&(1<<2))return 2;  //编程错误

       else if(res&(1<<4))return 3;  //写保护错误

       return 0;                                     //操作完成

}

//等待操作完成

//time:要延时的长短

//返回值:状态.

u8 STMFLASH_WaitDone(u16 time)

{

       u8 res;

       do

       {

              res=STMFLASH_GetStatus();

              if(res!=1)break;//非忙,无需等待了,直接退出.

              delay_us(1); time--;             

        }while(time);

        if(time==0)res=0xff;//TIMEOUT

        return res;

}

//擦除页

//paddr:页地址

//返回值:执行情况

u8 STMFLASH_ErasePage(u32 paddr)

{

       u8 res=0;

       res=STMFLASH_WaitDone(0X5FFF);//等待上次操作结束,>20ms   

       if(res==0)

       {

              FLASH->CR|=1<<1;//页擦除

              FLASH->AR=paddr;//设置页地址

              FLASH->CR|=1<<6;//开始擦除           

              res=STMFLASH_WaitDone(0X5FFF);//等待操作结束,>20ms 

              if(res!=1)//非忙

              {

                     FLASH->CR&=~(1<<1);//清除页擦除标志.

              }

       }

       return res;

}

//在FLASH指定地址写入半字

//faddr:指定地址(此地址必须为2的倍数!!)

//dat:要写入的数据

//返回值:写入的情况

u8 STMFLASH_WriteHalfWord(u32 faddr, u16 dat)

{

       u8 res;              

       res=STMFLASH_WaitDone(0XFF);    

       if(res==0)//OK

       {

              FLASH->CR|=1<<0;//编程使能

              *(vu16*)faddr=dat;//写入数据

              res=STMFLASH_WaitDone(0XFF);//等待操作完成

              if(res!=1)//操作成功

              {

                     FLASH->CR&=~(1<<0);//清除PG位.

              }

       }

       return res;

}

//读取指定地址的半字(16位数据)

//faddr:读地址

//返回值:对应数据.

u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)

{

       return *(vu16*)faddr;

}

#if STM32_FLASH_WREN  //如果使能了写  

//不检查的写入

//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

       {

              STMFLASH_WriteHalfWord(WriteAddr,pBuffer);

           WriteAddr+=2;//地址增加2.

       } 

}

//从指定地址开始写入指定长度的数据

//WriteAddr:起始地址(此地址必须为2的倍数!!)

//pBuffer:数据指针

//NumToWrite:半字(16位)数(就是要写入的16位数据的个数.)

#if STM32_FLASH_SIZE<256

#define STM_SECTOR_SIZE 1024 //字节

#else

#define STM_SECTOR_SIZE      2048

#endif           

u16 STMFLASH_BUF[STM_SECTOR_SIZE/2];//最多是2K字节

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+1024*||(writeaddr>

STM32_FLASH_SIZE)))return;//非法地址

       STMFLASH_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

              {

                     if(STMFLASH_BUF[secoff+i]!=0XFFFF)break;//需要擦除      

              }

              if(i

              {

                     STMFLASH_ErasePage(secpos*STM_SECTOR_SIZE+

STM32_FLASH_BASE);//擦除这个扇区

                     for(i=0;i

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

              }    

       };   

       STMFLASH_Lock();//上锁

}

#endif

 非常抱歉，由于编辑器篇幅所限，剩下内容，请看附件。

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