STM32标准库——（21）Flash闪存

1.简介

• 第一个用途，对于我们这个C8T6芯片来说，它的程序存储器容量是64K，一般我们写个简单的程序，可能就只占前面的很小一部分空间，剩下的大片空余空间我们就可以加以利用，比如存储一些我们自定义的数据，这样就非常方便，而且可以充分利用资源，不过这里要注意我们在选取存储区域时，一定不要覆盖了原有的程序，要不然程序自己把自己给破坏了，一般存储少量的参数，我们就选最后几页存储就行了，关于如何查看程序所占用空间的大小，这个我们下小节也会介绍，然后第二个用途就是通过在程序中编程IAP，实现程序的自我更新，我们在存储用户数据时要避开程序本身，以免破坏程序，但如果我们就非要修改程序本身，这会发生什么呢，那这就是第二点提到的功能，在程序中编程，利用程序来修改程序本身，实现程序的自我更新，这个在程序中编程就是IAP。
• 在线编程（In-Circuit Programming -- ICP）用于更新程序存储器的全部内容，它通过JTAG、SWD协议或系统加载程序（Bootloader）下载程序， ICP英文直译过来也可以叫在电路中编程，意思就是下载程序，你只需要留几个引脚就行，不用拆芯片了，就叫在电路中进行编程，ICP的作用是用于更新程序存储器的全部内容，它通过JTAG SWD协议或系统加载程序BOOTLOADER下载程序，这个JTAG SWD就是仿真器下载程序，就是我们目前用的stlink，使用SWD下载程序，每次下载都是把整个程序完全更新掉，那系统加载程序就是系统存储器的BOOTLOADER，也就是串口下载，串口下载也是更新整个程序，这就是我们一直在用的ICP下载方式，之后更高级的下载方式就是在程序中编程（In-Application Programming -- IAP），简称IAP，它可以使用微控制器支持的任意一种通信接口下载程序，怎么实现呢，那比如这是整个程序存储器，我们首先需要自己写一个BOOTLOADER程序，并且存放在程序更新时不会覆盖的地方，比如我们放在最后面，然后需要更新程序时，我们控制程序跳转到这个自己写的BOOTLOADER这里来，在这里面我们就可以接收任意一种通讯接口传过来的数据，比如串口、USB、蓝牙转串口、WIFI转串口等等，这个传过来的数据就是待更新的程序，然后我们控制flash读写，把收到的程序写入到前面程序正常运行的地方，写完之后再控制程序跳转回正常运行的地方，或者直接复位，这样程序就完成了自我升级

2.闪存模块组织

1. 对于主存储器（程序存储器 用来存放程序代码），这里对它进行了分页，分页是为了更好的管理闪存，擦除和写保护都是以页为单位的，这点和之前W25Q64芯片的闪存一样，同为闪存它们的特性基本一样，写入前必须擦除，擦除必须以最小单位进行，擦除后数据位全变为1，数据只能1写0，不能0写1，擦除和写入之后都需要等待忙，这些都是一样的，学习这节之前，大家可以再复习一下W25Q64，再学这一节就会非常轻松了，那W25Q64的分配方式是先分为块block，再分为扇区sector比较复杂，这里就比较简单了，它只有一个基本单位就是页，每一页的大小都是1K，0到127总共128页，总量就是128K，对于C8T6来说，它只有64K，所以C8T6的页只有一半0~63总共64页共64K。
2. 第一个页的起始地址就程序存储器的起始地址0x08000000，之后就是一个字节一个地址依次线性分配的，看一下每页起始地址的规律，首先是0000然后0400、0800、0400，再之后1000、1400、1800，最后一直到1FC00，所以地址只要以000、400、800、400，结尾的都一定是页的起始地址，这个稍微记一下。
3. 启动程序代码就是简介中的系统存储器 用户选择字节就是选项字节

3.基本结构

整个闪存分为程序存储器、系统存储器和选项字节三部分，这里程序存储器为以C8T6为例，它是64K的，所以总共只有64页，最后一页的起始地址是0800FC00，左边这里是闪存存储器接口，手册里还有个名称，闪存编程和擦除控制器LPEC，大家也知道这两个名称其实是一个东西就行，然后这个控制器就是闪存的管理员，他可以对程序存储器进行擦除和编程，也可以对选项字节进行擦除和编程，系统容器是不能擦除和编程的，这个选项字节里面有很大一部分配置位，其实是配置主程序存储器的读写保护的，所以右边画的写入选项字节，可以配置程序存储器的读写保护，当然选项字节还有几个别的配置参数，这个待会再讲，那这就是整个闪存的基本结构。

4.Flash解锁

首先第一步是flash解锁，这和之前W25Q64一样，W25Q64操作之前需要写使能，这个flash操作之前需要解锁，目的都是为了防止误操作，那这里解锁的方式和之前独立看门狗一样，都是通过在键寄存器写入指定的键值来实现，使用键寄存容器的好处就是更能防止误操作，每一个指令必须输密码才能完成，通过英文名称也能看出来，键的英文是KEY，直译是不是钥匙的意思，所以这个更形象的翻译我们可以把它叫做钥匙寄存器，密钥寄存器，首先LPEC共有三个键值，也就是三把开锁的钥匙，RDPRT键是解除读保护的密钥，值是0XA5，KEY1键值是0X45670123，KEY2键值是0XCDEF89AB，为什么是这些值呢，实际上是随便定义的，只要你定义的不是很简单就行，继续看怎么解锁呢，第一个是复位后FPEC被保护，不能写入FLASH_CR，也就是复位后flash默认是锁着的，然后在FLASH_KEYR键寄存器中，先写入KEY1，再写入KEY2解锁，我们找到了锁，这个锁是KEYR寄存器，怎么解呢，要先用K1钥匙解，再用K2钥匙解，最终才能解锁成功，所以这个锁的安全性非常高，有两道锁，即使程序跑飞了，歪打正着正好写入了KEY1，那也难以保证下一次又歪打正着写入了KEY2，所以非人为情况下基本不可能解锁，然后第三条还有进一步的保护措施，就是错误的操作序列会在下次复位前锁死FPEC和FLASH_CR，于是他发现有程序在尝试撬锁时，一旦没有先写入KEY1，再写入KEY2，整个模块就会完全锁死，除非复位，这是整个解锁操作，可以看到安全性非常高，接着继续看，解锁之后如何加锁呢，我们操作完成之后，要尽快把flash重新加锁，以防止意外情况，加锁的操作是设置FLASH_CR中的LOCK位锁住FPEC和FLASH_CR，这个比较简单，就是控制寄存器里面有个LOCK位，我们在这一位写1就能重新锁住闪存。

4.使用指针访问存储器

• 将0x08000000强转成__IO uint16_t *类型 即将该地址强转成uint16_t的指针类型 代表指针变量指向0x08000000的地址 此时再在外面取* 则可以得到数据
• __IO是stm32中的宏定义 该宏定义对应C语言中的volatile 直译就是易变数据

5.程序存储器全擦除

第一步是读取lock位，看一下芯片锁没锁，下面如果lock位等于1锁住了，就执行解锁过程，解锁过程就是在KEYR寄存器先写入KEY1，再写入KEY2，这里如果它当前没锁住，就不用解锁了，这是流程图里给的解锁步骤，如果锁住了就解锁，如果没锁住就不用解锁，但是在库函数中并没有这个判断，库函数是直接执行解锁过程，管你锁没锁都执行解锁，这个比较简单直接，不过效果都一样，然后继续解锁之后，首先置控制寄存器里的MER(Mass Erase)位为1，然后再置STRT(Start)位为1，其中STRT为1是触发条件,STRT为1之后芯片开始干活，然后现在看到MER位是1，它就知道接下来要干的活就是全删除，这样内部电路就会自动执行全擦除的过程，然后继续擦除也是需要花一段时间的，所以擦除过程开始后，程序要执行等待，判断状态寄存器的BSY(Busy)位是否为1，BSY位表示芯片是否处于忙状态，BSY位为1表示芯片忙，所以这里如果判断BSY位等于1，就跳转回来继续循环判断，直到BSY位等于0跳出循环，最后一步这里写的是读出并验证所有页的数据，这个是测试程序才要做的，正常情况下全删除完成了，我们默认就成功了，如果还要再全读出来验证一下，这个工作量太大了，所以这里的最后一步我们就不管了，这是全擦除的流程。

6. 程序存储器页擦除

页擦除，这个也是类似的过程，第一步一样的是解锁的流程，第二步，这个方框里的置控寄存器的PER(Page Erase)位为1，然后在AR(Address Register)地址寄存器中选择要擦除的页，最后置控制寄存器的STRT位为1，也是触发条件，芯片开始干活，然后芯片看到PER等于1，它就知道接下来要执行页擦除，然后闪存不止一页，页擦除芯片就要知道要具体擦哪一页，所以它会继续看AR寄存器的数据，AR寄存器我们要提前写入一个页的起始地址，这样芯片就会把我们指定的一页给擦除掉，然后擦除开始之后，我们也要等待BSY位，最后读出并验证数据，这个就不用看了。

7.程序存储器编程

擦除之后我们就可以执行写入的流程了，另外说明一下，STM32的闪存，在写入之前会检查指定地址有没有擦除，如果没有擦除就写入STM32则不执行写入操作，除非写入的全是0，这个数据是例外，因为不擦除就写入，可能会写入错误，但全写入0的话，写入肯定是没问题的，来看一下流程图，写入的第一步也是解锁，然后第二步我们需要置控制寄存器的PG(Programming)位为1，表示我们即将写入数据，第三步就在指定的地址写入半字，这一步我们需要用到刚才说的这句代码，使用指针在指定地址写入数据，想写入什么数据，在这里指定即可，另外这里注意一下，写入操作只能以半字的形式写入，在STM32中有几个术语，字、半字和字节，其中字word就是32位数据，半字half word就是16位数据，字节byte就是8位数据 ，那这里只能以半字写入，意思就是只能以16位的形式写入，一次性写入两个字节，如果你要写入32位，就分两次完成，如果你只要写入八位，这个就比较麻烦了，如果你想单独写入一个字节，还要保留另一个字节的原始数据的话，那只能把整页数据都读到SRAM，再随意修改SRAM数据修改全部完成之后，再把整页都擦除，最后再把整页都写回去，所以如果你想像SRAM一样随心所欲的读写，那最好的办法就先把闪存的一页读到SRAM中，读写完成后再擦除一页，整体写回去，那回到流程图这里，写入数据这个代码就触发开始的条件，不需要像擦除一样置STRT位了，写了半字之后，芯片会处于忙状态，我们等待一下BUSY清0，这样写入数据的过程就完成了，那每执行这样一个流程，只能写入一个半字，如果要写出很多数据，要不断循环调用这个流程就可以了。

8.选项字节

这里是对应的16个字节，其中有一半的名称前面都带了个N，比如RDP和nRDP ，USER和nUSER等，这个意思就是你在写入RDP数据时，要同时在NRDP写入数据的反码 ，其他的这些都是一样，写这个存储器时，要在带N的对应的存储器写入反码，这样写入操作才是有效的，如果芯片检测到这两个存储器不是反码的关系，那就代表数据无效有错误，对应的功能就不执行，这是一个安全保障措施，但这个写入反码的过程，硬件会自动计算并写入，不需要我们操心，使用库函数的话，那就更简单了,函数都给我们分装好了，直接调用函数就行。

第一个RDP(Read Protect)是读保护配置位，下面有解释，在RDP存储器写入RDPRT键，就刚才说的A5，然后解除读保护，如果RDP不是A5，那闪存就是读保护状态，无法通过调试器读取程序，避免程序被别人窃取，接着看第二个字节USER，这个是一些零碎的配置位，可以配置硬件看门狗和进入停机待机模式是否产生复位，这个了解即可，然后第三个和第四个字节data0和data1，这个在芯片中没有定义功能，用户可自定义使用，最后四个字节，WRP(Write Protect)0、1、2、3这四个字节配置的是写保护，在中容量产品里是每一个位对应保护四个存储页，四个字节（1个字节有8位）总共32位，一位对应保护四页，总共保护32×4等于128页，正好对应中容量量的最大128页 ，那对于小容量和大容量产品呢，可以看一下手册，2.5选项字节说明这里，对于小容量产品，也是每一位对应保护四个存储页，但小容量产品最大只有32K，所以只需要一个字节WRP0就行，4×8=32 ，其他三个字节没用到，然而对于大容量产品，每一个位只能保护两个存储页，这样的话四个字节就不够用了，所以这里规定WRP3的最高位，这一位直接把剩下的所有页一起都保护了，这是写保护的定义。

9.选项字节擦除

第一步其实也是解锁闪存，这里文字并没有写，然后第二步这里文字版的流程多了一步，检查SR的BSY位，以确认没有其他正在进行的闪存操作，这个实际上就是事前等待，如果当前已经在忙了，我先等一下，这一步在刚才的流程图里并没有体现，然后下一步解锁CR的OPTWRE(Option Write Enable)位，这一步是选项字节的解锁，选项字节里面还有一个单独的锁，在解锁闪存后，还需要再解锁选项字节的锁，之后才能操作选项字节，解锁选项字节的话看一下前面的寄存器(前面闪存模块组织图)，整个闪存的锁是KEYR，里面选项字节的小锁是下面的OPTKEYR(Option Key Register)，解锁这个小锁也是类似的流程，我们需要在OPTKEYR里先写入KEY1，再写入KEY2，这样就能解锁选项字节的小锁了，然后继续解除小锁之后和之前的擦除类似，先设置CR的OPTER(Option Erase)位为1，表示即将擦除选项字节，之后设置CR的STRT位为1，触发芯片开始干活，这样芯片就会启动擦除选项字节的工作，之后等待BUSY位变为0，擦除选项字节就完成了，擦除之后就可以看写入了。

10.选项字节写入

11.器件电子签名

使用指针读指定地址下的存储器，可获取电子签名，电子签名其实就是STM32的id号，它的存放区域是系统存储器，它不仅有BOOTLOADER程序，还有几个字节的id号，系统存储器起始地址是1FFFF000，看下这里，这里有两段数据，第一个是闪存容量存储器，基地址是1FFF F7E0，通过地址也可以确定它的位置，就是系统存储器，这个存储器的大小是16位，它的值就是闪存的容量单位是KB，然后第二个是产品唯一身份标识寄存器，就是每个芯片的身份证号，这个数据存放的基地址是1FFFF7E8，大小是96位，每一个芯片的这96位数据都是不一样的，使用这个唯一id号可以做一些加密的操作，比如你想写入一段程序，只能在指定设备运行，那也可以在程序的多处加入id号判断，如果不是指定设备的id号，就不执行程序功能，这样即使你的程序被盗，在别的设备上也难以运行，这是STM32的电子签名。

12.读写内部Flash

12.1 接线图

12.2 相关代码

12.2.1 MyFLASH.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/**
  * 函    数：FLASH读取一个32位的字
  * 参    数：Address 要读取数据的字地址
  * 返 回 值：指定地址下的数据
  */
uint32_t MyFLASH_ReadWord(uint32_t Address)
{
	return *((__IO uint32_t *)(Address));	//使用指针访问指定地址下的数据并返回
}

/**
  * 函    数：FLASH读取一个16位的半字
  * 参    数：Address 要读取数据的半字地址
  * 返 回 值：指定地址下的数据
  */
uint16_t MyFLASH_ReadHalfWord(uint32_t Address)
{
	return *((__IO uint16_t *)(Address));	//使用指针访问指定地址下的数据并返回
}

/**
  * 函    数：FLASH读取一个8位的字节
  * 参    数：Address 要读取数据的字节地址
  * 返 回 值：指定地址下的数据
  */
uint8_t MyFLASH_ReadByte(uint32_t Address)
{
	return *((__IO uint8_t *)(Address));	//使用指针访问指定地址下的数据并返回
}

/**
  * 函    数：FLASH全擦除
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  * 说    明：调用此函数后，FLASH的所有页都会被擦除，包括程序文件本身，擦除后，程序将不复存在
  */
void MyFLASH_EraseAllPages(void)
{
	FLASH_Unlock();					//解锁
	FLASH_EraseAllPages();			//全擦除
	FLASH_Lock();					//加锁
}

/**
  * 函    数：FLASH页擦除
  * 参    数：PageAddress 要擦除页的页地址
  * 返 回 值：无
  */
void MyFLASH_ErasePage(uint32_t PageAddress)
{
	FLASH_Unlock();					//解锁
	FLASH_ErasePage(PageAddress);	//页擦除
	FLASH_Lock();					//加锁
}

/**
  * 函    数：FLASH编程字
  * 参    数：Address 要写入数据的字地址
  * 参    数：Data 要写入的32位数据
  * 返 回 值：无
  */
void MyFLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data)
{
	FLASH_Unlock();							//解锁
	FLASH_ProgramWord(Address, Data);		//编程字
	FLASH_Lock();							//加锁
}

/**
  * 函    数：FLASH编程半字
  * 参    数：Address 要写入数据的半字地址
  * 参    数：Data 要写入的16位数据
  * 返 回 值：无
  */
void MyFLASH_ProgramHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data)
{
	FLASH_Unlock();							//解锁
	FLASH_ProgramHalfWord(Address, Data);	//编程半字
	FLASH_Lock();							//加锁
}

12.2.2 MyFLASH.h

#ifndef __MYFLASH_H
#define __MYFLASH_H

uint32_t MyFLASH_ReadWord(uint32_t Address);
uint16_t MyFLASH_ReadHalfWord(uint32_t Address);
uint8_t MyFLASH_ReadByte(uint32_t Address);

void MyFLASH_EraseAllPages(void);
void MyFLASH_ErasePage(uint32_t PageAddress);

void MyFLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data);
void MyFLASH_ProgramHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data);

#endif

12.2.3 Store.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MyFLASH.h"

#define STORE_START_ADDRESS		0x0800FC00		//存储的起始地址
#define STORE_COUNT				512				//存储数据的个数

uint16_t Store_Data[STORE_COUNT];				//定义SRAM数组

/**
  * 函    数：参数存储模块初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Store_Init(void)
{
	/*判断是不是第一次使用*/
	if (MyFLASH_ReadHalfWord(STORE_START_ADDRESS) != 0xA5A5)	//读取第一个半字的标志位，if成立，则执行第一次使用的初始化
	{
		MyFLASH_ErasePage(STORE_START_ADDRESS);					//擦除指定页
		MyFLASH_ProgramHalfWord(STORE_START_ADDRESS, 0xA5A5);	//在第一个半字写入自己规定的标志位，用于判断是不是第一次使用
		for (uint16_t i = 1; i < STORE_COUNT; i ++)				//循环STORE_COUNT次，除了第一个标志位
		{
			MyFLASH_ProgramHalfWord(STORE_START_ADDRESS + i * 2, 0x0000);		//除了标志位的有效数据全部清0
		}
	}
	
	/*上电时，将闪存数据加载回SRAM数组，实现SRAM数组的掉电不丢失*/
	for (uint16_t i = 0; i < STORE_COUNT; i ++)					//循环STORE_COUNT次，包括第一个标志位
	{
		Store_Data[i] = MyFLASH_ReadHalfWord(STORE_START_ADDRESS + i * 2);		//将闪存的数据加载回SRAM数组
	}
}

/**
  * 函    数：参数存储模块保存数据到闪存
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Store_Save(void)
{
	MyFLASH_ErasePage(STORE_START_ADDRESS);				//擦除指定页
	for (uint16_t i = 0; i < STORE_COUNT; i ++)			//循环STORE_COUNT次，包括第一个标志位
	{
		MyFLASH_ProgramHalfWord(STORE_START_ADDRESS + i * 2, Store_Data[i]);	//将SRAM数组的数据备份保存到闪存
	}
}

/**
  * 函    数：参数存储模块将所有有效数据清0
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Store_Clear(void)
{
	for (uint16_t i = 1; i < STORE_COUNT; i ++)			//循环STORE_COUNT次，除了第一个标志位
	{
		Store_Data[i] = 0x0000;							//SRAM数组有效数据清0
	}
	Store_Save();										//保存数据到闪存
}

12.2.4 Strore.h

#ifndef __STORE_H
#define __STORE_H

extern uint16_t Store_Data[];

void Store_Init(void);
void Store_Save(void);
void Store_Clear(void);

#endif

12.2.5 main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Store.h"
#include "Key.h"

uint8_t KeyNum;					//定义用于接收按键键码的变量

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();				//OLED初始化
	Key_Init();					//按键初始化
	Store_Init();				//参数存储模块初始化，在上电的时候将闪存的数据加载回Store_Data，实现掉电不丢失
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "Flag:");
	OLED_ShowString(2, 1, "Data:");
	
	while (1)
	{
		KeyNum = Key_GetNum();		//获取按键键码
		
		if (KeyNum == 1)			//按键1按下
		{
			Store_Data[1] ++;		//变换测试数据
			Store_Data[2] += 2;
			Store_Data[3] += 3;
			Store_Data[4] += 4;
			Store_Save();			//将Store_Data的数据备份保存到闪存，实现掉电不丢失
		}
		
		if (KeyNum == 2)			//按键2按下
		{
			Store_Clear();			//将Store_Data的数据全部清0
		}
		
		OLED_ShowHexNum(1, 6, Store_Data[0], 4);	//显示Store_Data的第一位标志位
		OLED_ShowHexNum(3, 1, Store_Data[1], 4);	//显示Store_Data的有效存储数据
		OLED_ShowHexNum(3, 6, Store_Data[2], 4);
		OLED_ShowHexNum(4, 1, Store_Data[3], 4);
		OLED_ShowHexNum(4, 6, Store_Data[4], 4);
	}
}

现象：Flag显示闪存的第一个标志位 Data中的数据 每按下一次按键 第一个数据自增1 第二个数据自增2 依次类推 自增后调用Store_Save 将数据全部存储到闪存中 于是每次上电后 函数初始化会将闪存中的数据读取到数组中并显示在OLED屏 实现掉电不丢失

13.读取芯片ID

13.1 接线图

13.2 相关代码

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"

int main(void)
{
	OLED_Init();						//OLED初始化
	
	OLED_ShowString(1, 1, "F_SIZE:");	//显示静态字符串
	OLED_ShowHexNum(1, 8, *((__IO uint16_t *)(0x1FFFF7E0)), 4);		//使用指针读取指定地址下的闪存容量寄存器
	
	OLED_ShowString(2, 1, "U_ID:");		//显示静态字符串
	OLED_ShowHexNum(2, 6, *((__IO uint16_t *)(0x1FFFF7E8)), 4);		//使用指针读取指定地址下的产品唯一身份标识寄存器
	OLED_ShowHexNum(2, 11, *((__IO uint16_t *)(0x1FFFF7E8 + 0x02)), 4);
	OLED_ShowHexNum(3, 1, *((__IO uint32_t *)(0x1FFFF7E8 + 0x04)), 8);
	OLED_ShowHexNum(4, 1, *((__IO uint32_t *)(0x1FFFF7E8 + 0x08)), 8);
	
	while (1)
	{
		
	}
}

现象：显示屏第二行以16位半字显示地址 低端先行 所以从左到右是001E 002C 第三行以32位显示则为30313432 第四行也是32位 即42313130