详解STM32 Flash
知晓编程 2022-09-28

本文将根据ST官方Flashprogramming manual,文档编号:PM0059,讲解STM32F207内部Flash编程。

01 概述

这里的flash是指STM32F207内部集成的Flash

Flash存储器有以下特点


最大1M字节的能力


128位,也就是16字节宽度的数据读取


字节,半字,字和双字写入


扇区擦除和批量擦除

存储器的构成

主要存储区块包含4个16K字节扇区,1个64K字节扇区和7个128K字节扇区。

系统存储器是用于在系统boot模式启动设备的。这一块是预留给ST的。包括bootloader程序,boot程序用于通过以下接口对Flash进行编程。USART1、USART3、CAN2、USB OTG FS设备模式(DFU:设备固件升级)。boot程序由ST制造期间编写,用于保护防止错误写入和擦除操作

512OTP(一次性编程)字节用于用户数据。OTP区域包含16个附加的字节,用于锁定响应的OTP数据。

选项字节,读写保护,BOR水平,软件/硬件看门狗和复位当设置处于待机和停机状态。

低功耗模式(参考参考手册的PWR部分)

对比参考手册的boot部分

当BOOT0为0是运行主存储区

当BOOT0为1,BOOT1为0时运行系统存储区

系统存储区运行的是ST出厂的bootloader代码,跳过过了用户的代码。如果在应用层代码锁定了JTAG管脚(将JTAG管脚用于普通GPIO),我们可以通过修改boot管脚状态,进入系统存储中,再进行debug。


02 Flash操作

2.1、读取

内置的Flash是处于CortexM3的数据总线上的,所以可以在通用地址空间之间寻址,任何32位数据的读操作都能访问Flash上的数据。


data32 = *(__IO uint32_t*)Address;

将Address强制转化为32位整型指针,然后取该指针所指向的地址的值,就得到了Address地址上的32位数据。

2.2、擦除

Flash 擦除操作可针对扇区或整个Flash(批量擦除)执行。执行批量擦除时,不会影响OTP扇区或配置扇区。


扇区擦除步骤


1、检查FLASH_SR 寄存器中的BSY 位,以确认当前未执行任何Flash 操作


2、在FLASH_CR 寄存器中将SER 位置1 并选择要擦除的扇区(SNB)(主存储器块中的12个扇区之一)


3、将FLASH_CR 寄存器中的STRT 位置1


4、等待BSY 位清零

批量擦除步骤


1、检查FLASH_SR 寄存器中的BSY 位,以确认当前未执行任何Flash 操作


2、将FLASH_CR 寄存器中的MER 位置1


3、将FLASH_CR 寄存器中的STRT 位置1


4、等待BSY 位清零

ST提供相应的库函数接口



FLASH_Status FLASH_EraseSector(uint32_t FLASH_Sector, uint8_tVoltageRange)FLASH_Status FLASH_EraseAllSectors(uint8_tVoltageRange)


注意到,有个特殊的参数VoltageRange,这是因为

这里就不再翻译了,就是在不同电压下数据访问的位数不同,我们是3.3V,所以是32位数据,这也就是在读数据是为什么要读取32位的原因。

2.3、写入

写入之前必须擦除,这里和NorFlash操作是相同的

复位后,Flash控制器寄存器(FLASH_CR)不允许写入的,去保护Flash闪存因为电气原因出现的以外操作,以下是解锁的步骤


1、在Flash 密钥寄存器(FLASH_KEYR) 中写入KEY1 = 0x45670123


2、在Flash 密钥寄存器(FLASH_KEYR) 中写入KEY2 = 0xCDEF89AB

将FLASH_CR 寄存器中的LOCK 位置为1 后,可通过软件再次锁定FLASH_CR 寄存器

ST提供了库函数



FLASH_Unlock();//解锁FLASH_Lock();//重新上锁

备注:

当FLASH_SR 寄存器中的BSY 位置为1 后,将不能在写模式下访问FLASH_CR 寄存器。BSY 位置为1 后,对该寄存器的任何写操作尝试都会导致AHB 总线阻塞,直到BSY位清零

这要求我们在写入前必须判断下FLASH_SR寄存器中的BSY位。

ST提供了对用的库函数


FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_EOP | FLASH_FLAG_OPERR | FLASH_FLAG_WRPERR| FLASH_FLAG_PGAERR | FLASH_FLAG_PGPERR|FLASH_FLAG_PGSERR);

写入步骤


1、检查FLASH_SR 中的BSY 位,以确认当前未执行任何主要Flash 操作


2、将FLASH_CR 寄存器中的PG 位置1。


3、通过不同的位宽对指定地址写入


4、等待BSY 位清零

对于写入接口,ST提供相应的库函数,提供了8位,16位,32位的操作,因为我们是3.3V电压,所以使用32位写入接口


FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data)

2.4、中断

如果对于写入要求较高,可以使能中断,对于写入完成,写入错误都会有响应的中断响应。我也没有详细研究,参看Flash编程手册的15.5章节


03 Flash保护

3.1概述

Flash具有读写保护机制,主要是用过选项地址实现的。还有一次性编程保护

这讲述了选项字节的构成

用户修改选项字节

To run any operation on this sector, the option lock bit (OPTLOCK) inthe Flash option control register (FLASH_OPTCR) must be cleared. Tobe allowed to clear this bit, you have to perform the followingsequence:

1. Write OPTKEY1 = 0x0819 2A3B in the Flash option key register(FLASH_OPTKEYR)

2. Write OPTKEY2 = 0x4C5D 6E7F in the Flash option key register(FLASH_OPTKEYR)

The user option bytes can be protected against unwanted erase/programoperations by setting the OPTLOCK bit by software.

这个上面讲述的解锁Flash相同,就是要写入不能的数值

ST提供相应的库函数



void FLASH_OB_Unlock(void)void FLASH_OB_Lock(void)

修改用户字节的步骤


1、检查FLASH_SR 寄存器中的BSY 位,以确认当前未执行任何Flash 操作


2、在FLASH_OPTCR 寄存器中写入所需的选项值


3、将FLASH_OPTCR 寄存器中的选项启动位(OPTSTRT) 置1


4、等待BSY 位清零

3.2 读保护

从上面概述中得知,Flash读保护共分三个等级

1等级0:没有保护

将0xAA 写入读保护选项字节(RDP) 时,读保护级别即设为0。此时,在所有自举配置(Flash用户自举、调试或从RAM 自举)中,均可执行与Flash 或备份SRAM 相关的所有读/写操作(如果未设置写保护)。

2等级1:闪存读保护

这是擦除选项字节后的默认读保护级别。将任意值(分别用于设置级别0 和级别2 的0xAA和0xCC 除外)写入RDP 选项字节时,即激活读保护级别1。设置读保护级别1 后:

-在连接调试功能或从RAM 进行自举时,将不执行任何Flash 访问(读取、擦除和编程)。Flash 读请求将导致总线错误。而在使用Flash 用户自举功能或在系统存储器自举模式下操作时,则可执行所有操作


-激活级别1 后,如果将保护选项字节(RDP) 编程为级别0,则将对Flash 和备份SRAM执行批量擦除。因此,在取消读保护之前,用户代码区域会清零。批量擦除操作仅擦除用户代码区域。包括写保护在内的其它选项字节将保持与批量擦除操作前相同。OTP 区域不受批量擦除操作的影响,同样保持不变。


只有在已激活级别1 并请求级别0 时,才会执行批量擦除。当提高保护级别(0->1,1->2, 0->2) 时,不会执行批量擦除。

3等级2:禁止调试/芯片读保护

注意:

在注意中写道,如果使能了等级2的读保护,永久禁止JTAG端口(相当于JTAG熔丝)ST也无法进行分析,说白了就是没办法再debug了,目前我没有使用到这个水平的读保护

读保护库函数


void FLASH_OB_RDPConfig(uint8_t OB_RDP)

查询读保护状态库函数


FlagStatus FLASH_OB_GetRDP(void)

3.3 写保护

Flash 中的用户扇区(0到11)具备写保护功能,可防止因程序计数器(PC) 跑飞而发生意外的写操作。 当扇区i 中的非写保护位(nWRPi, 0 ≤ i ≤ 11) 为低电平时,无法对扇区i 执行擦除或编程操作。 因此,如果某个扇区处于写保护状态,则无法执行批量擦除。 如果尝试对Flash 中处于写保护状态的区域执行擦除/编程操作(由写保护位保护的扇区、锁定的OTP 区域或永远不能执行写操作的Flash 区域,例如ICP),则FLASH_SR 寄存器中的写保护错误标志位(WRPERR) 将置1。

写保护库函数


void FLASH_OB_WRPConfig(uint32_t OB_WRP, FunctionalState NewState)

查询写保护状态库函数


uint16_t FLASH_OB_GetWRP(void)


04 一次性可编程字节

没有使用过,使用了芯片就废了吧,没有做过这个等级等保护,可以参看Flash编程手册的2.7章节

05 代码

关于读写保护代码如何调用的问题,在stm32f2xx_flash.c文件中有调用说明.














































/** @defgroup FLASH_Group3 Option Bytes Programming functions * @brief Option Bytes Programming functions  *@verbatim  =============================================================================== Option Bytes Programming functions ===============================================================================   This group includes the following functions: - void FLASH_OB_Unlock(void) - void FLASH_OB_Lock(void) - void FLASH_OB_WRPConfig(uint32_t OB_WRP, FunctionalState NewState) - void FLASH_OB_RDPConfig(uint8_t OB_RDP) - void FLASH_OB_UserConfig(uint8_t OB_IWDG, uint8_t OB_STOP, uint8_t OB_STDBY) - void FLASH_OB_BORConfig(uint8_t OB_BOR) - FLASH_Status FLASH_ProgramOTP(uint32_t Address, uint32_t Data)  - FLASH_Status FLASH_OB_Launch(void) - uint32_t FLASH_OB_GetUser(void)  - uint8_t FLASH_OB_GetWRP(void)  - uint8_t FLASH_OB_GetRDP(void)  - uint8_t FLASH_OB_GetBOR(void)  Any operation of erase or program should follow these steps: 1. Call the FLASH_OB_Unlock() function to enable the FLASH option control register access  2. Call one or several functions to program the desired Option Bytes: - void FLASH_OB_WRPConfig(uint32_t OB_WRP, FunctionalState NewState) => to Enable/Disable  the desired sector write protection - void FLASH_OB_RDPConfig(uint8_t OB_RDP) => to set the desired read Protection Level - void FLASH_OB_UserConfig(uint8_t OB_IWDG, uint8_t OB_STOP, uint8_t OB_STDBY) => to configure  the user Option Bytes. - void FLASH_OB_BORConfig(uint8_t OB_BOR) => to set the BOR Level  3. Once all needed Option Bytes to be programmed are correctly written, call the FLASH_OB_Launch() function to launch the Option Bytes programming process.  @note When changing the IWDG mode from HW to SW or from SW to HW, a system  reset is needed to make the change effective.  4. Call the FLASH_OB_Lock() function to disable the FLASH option control register access (recommended to protect the Option Bytes against possible unwanted operations) @endverbatim * @{ */

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