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

一、选项字节与读写保护

1.1 为什么要设置读写保护

防止内部FLASH中的程序被非法读取。

在实际发布的产品中，STM32芯片的内部FLASH存储了控制程序。然而，如果不对内部FLASH采取任何保护措施，用户可以使用下载器直接读取其内容，并将其导出为bin或hex文件格式的代码副本。这可能导致别有用心的厂商利用该方法复制产品。为了防止这种情况，STM32芯片提供了多种方式来保护内部FLASH中的程序，防止其被非法读取。但在默认情况下，这些保护功能是未开启的。若要启用这些保护功能，需要修改内部FLASH选项字节（Option Bytes）中的相关配置。

1.2 选项字节的内容

选项字节是一段特殊的 FLASH 空间， STM32 芯片会根据它的内容进行读写保护配置，选项字节的构成如下图：

STM32F103 系列芯片的选项字节有 8 个配置项，即上表中的 USER、 RDP、 DATA0/1 及 WRP0/1/2/3，而表中带 n 的同类项是该项的反码，即 nUSER 的值等于 (~USER)、 nRDP 的值等于 (~RDP)， STM32利用反码来确保选项字节内容的正确性。

选项字节的 8 个配置项具体的数据位配置说明如下：

当nRST_STDBY设置为0时：只要成功执行进入待机模式指令，器件就会复位，而非进入待机模式。

1.2.1 RDP

设置读保护：修改选项字节的 RDP 位的值可设置内部 FLASH 为以下保护级别：

0xA5：无保护；

这是 STM32 的默认保护级别。在STM32芯片的默认保护级别下，内部FLASH没有任何读保护措施，读取其内容没有任何限制。这意味着第三方可以使用调试器等工具轻松获取芯片FLASH中存储的程序，并将其以bin或hex格式下载到另一块STM32芯片中。结合PCB抄板技术，他们可以轻易地复制出相同的产品。
其它值：使能读保护；

将RDP（Read Protection Level，读保护级别）配置为除0xA5以外的任意数值，都会启用读保护功能。在这种情况下，如果通过调试功能（例如使用下载器或仿真器）或者从内部SRAM启动，将无法对内部FLASH进行任何访问（包括读取、写入和擦除操作）。然而，如果STM32是从内部FLASH启动的，它仍然允许对内部FLASH进行任意访问。

换句话说，任何试图从外部访问内部FLASH内容的操作都会被禁止。例如，无法通过下载器读取其内容，也无法编写一个从内部SRAM启动的程序来读取内部FLASH，因为这种操作会被阻止。相反，如果芯片是从内部FLASH启动的程序本身访问内部FLASH（例如程序中包含对内部FLASH某个地址的读取操作），则可以正常进行，不会受到限制。

当STM32芯片被设置为读保护后，内部FLASH的前4KB空间会被强制加上写保护。这意味着，即使是从FLASH启动的程序，也无法对这4KB空间进行擦除或写入操作。然而，对于前4KB以外的FLASH空间，读保护不会限制对其的擦除或写入操作。利用这一特性，可以编写IAP（In-Application Programming，应用程序内编程）代码来更新FLASH中的程序。

IAP的工作原理是通过某种通信接口（如UART、I2C、SPI等）接收外部设备发送的程序更新数据，然后利用内部FLASH的擦写功能将这些数据烧录到FLASH的指定区域（通常是前4KB之外的区域），从而实现应用程序的更新。这种原理类似于串口ISP（In-System Programming，系统内编程）程序下载功能。不过，ISP的接收数据和更新代码由ST公司提供，并存放在系统的存储区域；而IAP代码由用户自行编写，存放在用户自定义的FLASH区域，并且通信方式可以根据用户需求定制，只要能够接收数据即可。

解除读保护：当需要解除芯片的读保护时，要把选项字节的 RDP 位重新设置为 0xA5。

当解除读保护时，芯片会自动触发擦除主FLASH存储器的全部内容。这意味着解除保护后，原内部FLASH中的代码会丢失，从而防止降级后原内容被读取。

这种机制是为了确保在解除保护后，原有的程序代码不会被非法读取或复制。

如果设置了读保护后在代码中没有解除读保护，可以通过把（解除读保护的）代码写入到RAM中，在RAM中运行代码，进而解除读保护。

芯片被配置成读保护后根据不同的使用情况，访问权限如下图：

RAM自举：程序存储在STM32的内部SRAM中，并从SRAM中启动执行；

ROM自举：程序存储在STM32的系统存储器（System Memory）中，并从该区域启动。

1.2.2 Datax

Data字段是供用户自定义使用的存储区域，主要用于存储一些需要在掉电后仍能保留的配置信息或状态标志。

作用：

1、存储存储用户自定义数据：
- Data字段通常包含两个字节（Data0和Data1），位于选项字节的特定地址（例如0x1FFF F804和0x1FFF F806）。这些字节可以存储用户定义的任意数据。
- 例如，可以用于存储固件版本号、设备配置参数或标志位，这些数据在设备掉电后仍能保留。
2、用于固件升级：
- 在固件升级过程中，Data字段可以用来存储升级标志位或状态信息，帮助设备在重启后判断是否需要继续执行升级操作。
3、灵活的配置用途：
- 由于Data字段的内容由用户定义，因此可以根据具体应用场景灵活使用。例如，可以用于存储设备的唯一标识符、校准参数或其他重要信息。

1.2.3 WRP

使用选项字节的 WRP0/1/2/3 可以设置主 FLASH 的写保护，防止它存储的程序内容被修改。

设置写保护：

写保护的配置通常以4KB为单位进行设置。除了WRP3的最后一位较为特殊外，每个WRP选项字节的每一位都对应一个4KB的FLASH区域，用于控制该区域的写访问权限。

将对应的WRP位设置为0，即可对该4KB区域启用写保护。启用写保护后，被保护的主FLASH区域中的内容将无法通过任何方式被擦除或写入。

例如WRP0设置为11111110，那么页0、页1就不能写；为11111101，那么页2、页3就不能写。

需要注意的是，写保护仅限制写操作，不影响读操作的权限，读操作的权限则由前面介绍的读保护设置决定。

设置写保护：

解除写保护的过程是写保护设置的逆操作。将对应的WRP位设置为1，即可解除对应4KB区域的写保护。

解除写保护后，主FLASH中的内容不会像解除读保护那样丢失，而是会保持原样，不会发生任何改变。

二、修改选项字节的过程

根据前面的说明，修改选项字节的内容可以修改读写保护的配置。然而，选项字节复位后的默认状态是==可读但被写保护==的。这与FLASH_CR寄存器的访问限制类似。

因此，要修改选项字节，需要先对FLASH_OPTKEYR寄存器写入解锁编码。由于修改选项字节时也需要访问FLASH_CR寄存器，因此还需要对FLASH_KEYR寄存器写入解锁编码。

修改选项字节的整个过程总结如下：

1、解除 FLASH_CR 寄存器的访问限制。
- 先往 FPEC 键寄存器(FLASH_KEYR) 中写入 KEY1 = 0x45670123。
- 再往 FPEC 键寄存器(FLASH_KEYR) 中写入 KEY2 = 0xCDEF89AB。
2、解除对选项字节的访问限制。
- 先往闪存 OPTKEY 寄存器(FLASH_OPTKEYR) 中写入 KEY1 = 0x45670123。
- 再往闪存 OPTKEY 寄存器(FLASH_OPTKEYR) 中写入 KEY2 = 0xCDEF89AB。
3、配置 FLASH_CR 的 OPTPG 位，准备修改选项字节。
4、直接使用指针操作修改选项字节的内容，根据需要修改 RDP、 WRP 等内容。
5、对于读保护的解除，由于它会擦除 FLASH 的内容，所以需要检测状态寄存器标志位以确认FLASH 擦除操作完成。
6、若是设置读保护及其解除，需要给芯片重新上电复位 ，以使新配置的选项字节生效；对于设置写保护及其解除，需要给芯片进行系统复位，以使新配置的选项字节生效。
- 解除读保护后需要给系统上电复位，如果是使用系统复位（NVIC_SystemReset）会出现不可预知的情况。

三、实验：设置读写保护及解除

c 复制代码

// flash_rdprotect.c文件
#include "flash_rdprotect.h"

void Write_Protect(void)
{
	FLASH_Unlock();
	
	FLASH_EraseOptionBytes();	// 写之前要先擦除
	
	FLASH_EnableWriteProtection(FLASH_WRProt_AllPages);
	
	NVIC_SystemReset();			// 产生系统复位
}

void Write_Protect_Disable(void)
{
	FLASH_Unlock();
	
	FLASH_EraseOptionBytes();
	
	FLASH_EnableWriteProtection(0x00000000);
	
	NVIC_SystemReset();			// 产生系统复位
}

void Read_Protect(void)
{
	FLASH_Unlock();
	
	FLASH_EraseOptionBytes();
	
	FLASH_ReadOutProtection(ENABLE);
}

void Read_Protect_Disable(void)
{
	FLASH_Unlock();
	
	FLASH_EraseOptionBytes();
	
	FLASH_ReadOutProtection(DISABLE);
}

为什么设置写保护写的值是0xffffffff、解除写保护写的值是0x00000000：

FLASH_EnableWriteProtection函数中会对传进来的参数进行取反，将WRPx中的位设置为1则是不实施写保护。

c 复制代码

// flash_rdprotect.h文件
#ifndef __FLASH_RDPROTECT_H
#define __FLASH_RDPROTECT_H

#include "stm32f10x.h"

#define WRITE_PROTECT

void Write_Protect(void);
void Write_Protect_Disable(void);
void Read_Protect(void);
void Read_Protect_Disable(void);
	
#endif /* __FLASH_RDPROTECT_H */

c 复制代码

// main.c文件
#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_key.h"
#include "usart.h"
#include "flash_rdprotect.h"

int main(void)
{
	KEY1_GPIO_Config();
	KEY2_GPIO_Config();
	
	USART_Config();
	
	#ifdef WRITE_PROTECT
	printf("写保护状态：0x%08x \r\n", FLASH_GetWriteProtectionOptionByte());
	#else
	printf("写保护状态：0x%x \r\n", FLASH_GetReadOutProtectionStatus());
	#endif
	
	
	while(1)
	{
		if(KEY_Scan(KEY1_PROT, KEY1_Pin) == KEY_ON)
		{
			#ifdef WRITE_PROTECT
			printf("即将实施写保护 \r\n");
			
			Write_Protect();
			#else
			printf("即将实施读保护 \r\n");
			
			Read_Protect();
			#endif
		}
		
		if(KEY_Scan(KEY2_PROT, KEY2_Pin) == KEY_ON)
		{
			#ifdef WRITE_PROTECT
			printf("即将解除写保护 \r\n");
			
			Write_Protect_Disable();
			#else
			printf("即将解除读保护 \r\n");
			
			Read_Protect_Disable();
			#endif
		}
	}
	
}

FLASH_EraseOptionBytes()函数会将16个字节都擦除。如果想只擦除某一个字节：将WRP全部清除掉再重新配置。
FLASH_GetWriteProtectionOptionByte() 函数的返回值类型为 uint64_t，表示的是 WRP0~3 的值。当未设置写保护时，返回值为 0xFFFFFFFF；而当所有区域均设置为写保护时，返回值为 0x00000000。

四、将代码修改为RAM自举

1、添加"Project Targets"；
2、在C/C++中添加宏VECT_TAB_SRAM；

此宏在SystemInit函数中。
注意，两个宏之间用","分开。

3、打开.sct文件；
4、（根据实际需要）调整ROM空间大小；

修改前的空间大小。

修改后的空间大小。

5、下载器配置；

6、添加ini文件；

七、将Project Targets更改为新建的Targets。