STM32 HAL库之配置数据FLASH存储

设计需求

在项目开发中，经常需要保存配置数据至非易失性存储介质中（Flash 或EEPROM中），以便上电重启后获取配置信息。常见的STM32开发中，一般将数据存储在FLASH、备份区域寄存器、外挂EEPROM。由于内部Flash不能像EEPROM一样直接按字节进行读写操作，地址数据只能由1变为0，对固定地址重复写入，必须擦除整页使得地址数据为全FF，才可重新写入数据，通常为了提高内部FLASH的擦除寿命，一般采用内部flash模拟EEPROM方法。

FLASH概述

本文以STM32F103VET6为例，介绍其内部512KByte的flash存储器。该处理器flash单元主要包括三个部分：存储单元、信息块部分、存储器相关控制寄存器。存储单元以page的形式组织，每页2Kbyte，共256页。信息块部分包括system memory（2Kbyte）和option byte（16Byte），system memory单元主要用于存储ST公司固化的bootloader，实现USART1串口更新用户程序。STM32F103VET6内部flash地址分配如下表所示。

需要注意的几点问题：

（1）、擦除和编程FLASH所需的高压是由STM32内部电路产生，且在此过程中内部晶振HSI需开启；

（2）、页写保护和读保护；

（3）、在写操作过程中，读操作将被挂起，待写操作完成后进行读操作。

2、Flash控制器FPEC ---flash programming and erase controller

默认情况下，内部的flash的FPEC和控制寄存器是处于写保护状态，要实现对FLASH的写操作，则首先unlock 存储器，即向寄存器FLASH_KEYR顺序写入两个key值。

KEY1 = 0x45670123

KEY2 = 0xCDEF89AB

FPEC控制器解锁后，通过查询FLASH_SR_BUSY位检查当前工作状态，配合FLASH_CR_PG、FLASH_CR_PER、FLASH_CR_MER分别实现对存储器的编程、页擦除、块擦除。

对于option byte的编程和擦除操作，首先对option byte部分解锁，即向FLASH_OPTKEY写入key值，配合FLASH_CR_OPTPG、FLASH_CR_OPTER实现对option byte进行编程和擦除操作。

3、option byte

选项字节主要用于配置flash的读写保护及看门狗，其分配地址如下：

RDP和WRPx分别用于内部flash的读保护、页写保护设置。系统复位后，the option byte loader---OBL自动加载option byte，并保存option byte 的部分数据至寄存器FLASH_OBR和FLASH_WRPR。RDP默认值为RDPRT key = 0x00A5，即处于非读保护状态。WRPx每位管理着2页的写保护状态。

上图可以看出：WRP0（对应寄存器FLASH_WRPR[7:0]）的每位控制2页的写保护状态，共计16页；

WRP1（对应寄存器FLASH_WRPR[15:0]）的每位控制2页的写保护状态，共计16页；

WRP2（对应寄存器FLASH_WRPR[23:16]）的每位控制2页的写保护状态，共计16页；

WRP3（对应寄存器FLASH_WRPR[30:24]）的每位控制2页的写保护状态，共计14页；

WRP3的最高位（对应寄存器FLASH_WRPR[31]）控制页62至255页。

默认情况下，寄存器FLASH_WRPR的值均为0，即存储器处于写保护状态。若解除某一页存储器的写保护状态，需要对option byte进行擦除，并进行编程操作，完成后复位系统。

cpp 复制代码

#define OB_BASE               ((uint32_t)0x1FFFF800)    /*!< Flash Option Bytes base address */

typedef struct
{
  __IO uint16_t RDP;
  __IO uint16_t USER;
  __IO uint16_t Data0;
  __IO uint16_t Data1;
  __IO uint16_t WRP0;
  __IO uint16_t WRP1;
  __IO uint16_t WRP2;
  __IO uint16_t WRP3;
} OB_TypeDef;

#define OB                  ((OB_TypeDef *) OB_BASE)

4、访问存储器时间latency的设置

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

应用1---操作FLASH

使用__attribute__后，编译器自动将将所需的配置信息固化Flash地址中。

cpp 复制代码

const uint16_t Version __attribute__((at(0x08010000)))= 0x1234;
const uint32_t Device_SN __attribute__((at(0x08010004))) = 0x55678911;

重新变更FLASH中的SN序列号。

cpp 复制代码

  /* USER CODE BEGIN 2 */
	FlashWrite(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, 0x08010004, 0x88992266);
  /* USER CODE END 2 */

cpp 复制代码

void FlashWrite(uint32_t TypeProgram, uint32_t Address, uint64_t Data)
{
	FLASH_EraseInitTypeDef EraseInitstruct =
	{
			.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_PAGES,
			.NbPages = 1,
			.PageAddress = Address
	};
	uint32_t PageError = 0;
	HAL_FLASH_Unlock();
	HAL_FLASHEx_Erase(&EraseInitstruct, &PageError);
	HAL_FLASH_Program(TypeProgram, Address, Data);
	HAL_FLASH_Lock();
}

从上面的结果可以看到，对SN序列号的更改导致了version也变成FF了，这是因为对flash地址数据变更时，必须对整页进行擦除。

应用2 --- FLASH模拟EEPROM

先聊聊本质。从应用1来看，要像读写EEPROM一样对FLASH固定地址的数据进行写操作，必须擦除整页的数据，而flash的擦除寿命是有限的，频繁的擦除势必会对MCU折损。flash模拟EEPROM策略就是对外提供虚拟物理地址，表面上看，可对同一地址进行重复写入，实质是在一页中按地址写入，当一页写满时，拷贝此页有效数据至另一页，并对此页进行整页擦除。以2K/页来说，4096/4 = 1024，即写入1024次后才会擦除一页，这样大大降低了FLASH擦除次数。

Flash模拟EEPROM接口（官网示例）

cpp 复制代码

uint16_t EE_Init(void);
uint16_t EE_ReadVariable(uint16_t VirtAddress, uint16_t* Data);
uint16_t EE_WriteVariable(uint16_t VirtAddress, uint16_t Data);

使用时需要重新定义如下几个条目。NumOfVar是写入uint16型的变量数目,VirtAddVarTab数组是定义的虚拟地址。

cpp 复制代码

#define PAGE_SIZE  (uint16_t)0x800  /* Page size = 2KByte */

/* EEPROM start address in Flash */
#define EEPROM_START_ADDRESS    ((uint32_t)0x08010000) 

#define NumbOfVar               ((uint8_t)0x03)
/* Virtual address defined by the user: 0xFFFF value is prohibited */
uint16_t VirtAddVarTab[NumbOfVar] = {0x01, 0x02, 0x03};

由于官方例子不是使用HAL库函数，需要在EEPROM源文件做一下封装兼容。

cpp 复制代码

#define FLASH_COMPLETE  HAL_OK
#define FLASH_Status    HAL_StatusTypeDef

FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t PageAddr)
{
    uint32_t PageError = 0;
    FLASH_EraseInitTypeDef EraseInitstruct =
    {
        .TypeErase = FLASH_TYPEERASE_PAGES,
        .NbPages = 1,
        .PageAddress = PAGE0_BASE_ADDRESS
    };

    EraseInitstruct.PageAddress = PageAddr;
    return HAL_FLASHEx_Erase(&EraseInitstruct, &PageError);
}

#define FLASH_ProgramHalfWord(PageAddr, Data) \
        HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, (PageAddr), (Data))

读写示例

cpp 复制代码

	HAL_FLASH_Unlock();
	EE_Init();

	EE_WriteVariable(0x01, 0x3344);
	EE_WriteVariable(0x02, 0x5671);
	EE_WriteVariable(0x03, 0x8899);
	HAL_FLASH_Lock();

cpp 复制代码

EE_ReadVariable(0x03, &ReadDat);

应用3 ------ 程序加密

待发.....