STM32的Flash映射双重机制

在STM32微控制器中,存在一个重要的内存映射特性:Flash存储器可以同时出现在两个不同的地址区域,而且可以通过重映射功能改变CPU启动时从哪个地址获取初始指令。

STM32的Flash映射双重机制

当描述"通常起始于地址0x00000000,用于存放Flash内容"以及"部分STM32允许将Flash映射到0x08000000"时,这指的是:

  1. 物理Flash位置:在STM32中,内部Flash的物理地址实际上是从0x08000000开始的。这个地址是Flash在内存中的"真实"位置。

  2. 启动地址映射:当处理器复位后,它会从地址0x00000000开始获取中断向量表和第一条执行指令。为了满足这个要求,STM32通过内部硬件机制将物理地址0x08000000开始的Flash内容"映射"(别名)到地址0x00000000。

  3. 灵活的启动配置:STM32允许将不同的内存区域映射到0x00000000地址,这使得处理器可以从不同的地方启动:

    • Flash启动模式:将Flash(0x08000000)映射到0x00000000
    • 系统存储器启动:将内部系统存储器(通常在0x1FFF0000附近)映射到0x00000000
    • SRAM启动:将SRAM(0x20000000)映射到0x00000000

这种设计的实际意义

这种内存映射设计具有几个重要的优势:

  1. 引导加载程序支持

    • STM32的内部系统存储器包含一个出厂预编程的引导加载程序(Bootloader)
    • 通过将系统存储器映射到0x00000000,可以执行这个引导程序,用于通过UART、USB等接口更新Flash
  2. 灵活的代码执行位置

    • 可以选择从SRAM执行代码,这在某些需要高执行速度的场景中非常有用
    • 这也方便进行在线更新程序代码,新代码可以先下载到SRAM,然后重新映射执行
  3. 兼容性和安全性

    • 保证了ARM架构的兼容性(ARM架构要求从地址0开始执行)
    • 物理Flash起始于0x08000000而非0x00000000,这增加了一定的保护性(防止某些意外的内存访问)

实际示例说明

假设我们有一个STM32F103微控制器,它有以下启动配置选项:

  1. 默认Flash启动模式

    • BOOT0引脚=0,BOOT1引脚=X(任意)
    • 处理器从地址0x00000000开始执行
    • 实际执行的是被映射到此处的物理地址0x08000000的Flash内容
    • 中断向量表位于Flash的开始位置
  2. 系统存储器启动模式

    • BOOT0引脚=1,BOOT1引脚=0
    • 处理器从地址0x00000000开始执行
    • 实际执行的是被映射到此处的系统存储器内容(出厂预编程的引导加载程序)
    • 这可以激活STM32的串行bootloader,用于通过UART烧写程序
  3. SRAM启动模式

    • BOOT0引脚=1,BOOT1引脚=1
    • 处理器从地址0x00000000开始执行
    • 实际执行的是被映射到此处的SRAM内容
    • 这要求预先通过调试接口将程序加载到SRAM中

实际应用场景

  1. 固件更新

    将系统内存重映射到0x00000000,执行内置的引导程序,接收新固件并写入Flash。

  2. 执行速度优化

    将时间关键的代码复制到SRAM执行,消除Flash访问等待状态的影响,同时可能重映射SRAM到0x00000000。

  3. 安全启动

    在Flash中实现多级引导程序,可以在启动时验证应用程序的完整性和真实性,必要时通过重映射机制加载备份程序。

总而言之,这种地址映射机制增加了STM32的灵活性和功能性,是它作为一个强大微控制器平台的重要特性之一。

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