STM32之FLASH操作

說到STM32的FLSAH，我們的第一反應是用來裝程式的，實際上，STM32的片內FLASH不僅用來裝程式，還用來裝 晶片配置、 晶片ID、自舉程式等等。當然， FLASH還可以用來裝資料。
      自己收集了一些資料，現將這些資料總結了一下，不想看的可以直接調到後面看怎麼操作就可以了。
FLASH分類  
     根據用途，STM32片內的FLASH分成兩部分：主儲存塊、資訊塊。 主儲存塊用於儲存程式，我們寫的程式一般儲存在這裡。 資訊塊又分成兩部分：系統儲存空間、選項位元組。  系統儲存空間儲存用於存放在系統儲存空間自舉模式下的啟動程式（BootLoader），當使用ISP方式載入程式時，就是由這個程式執行。這個地區由晶片廠寫入BootLoader，然後鎖死，使用者是無法改變這個地區的。 選項位元組儲存晶片的配置資訊及對主儲存塊的保護資訊。   

FLASH的頁面  
      STM32的FLASH主儲存塊按頁組織，有的產品每頁1KB，有的產品每頁2KB。頁面典型的用途就是用於按頁擦除FLASH。從這點來看，頁面有點像通用FLASH的扇區。
STM32產品的分類  
      STM32根據FLASH主儲存塊容量、頁面的不同，系統儲存空間的不同，分為小容量、中容量、大容量、互聯型，共四類產品。  
小容量產品主儲存塊1-32KB，     每頁1KB。系統儲存空間2KB。
中容量產品主儲存塊64-128KB，   每頁1KB。系統儲存空間2KB。
大容量產品主儲存塊256KB以上，  每頁2KB。系統儲存空間2KB。
互聯型產品主儲存塊256KB以上，  每頁2KB。系統儲存空間18KB。
     對於具體一個產品屬於哪類，可以查資料手冊，或根據以下簡單的規則進行區分：  
STM32F101xx、STM32F102xx 、STM32F103xx產品，根據其主儲存塊容量，一定是小容量、中容量、大容量產品中的一種，STM32F105xx、STM32F107xx是互聯型產品。  
     互聯型產品與其它三類的不同之處就是BootLoader的不同，小中大容量產品的BootLoader只有2KB，只能通過USART1進行ISP，而互聯型產品的BootLoader有18KB，能通過USAT1、4、CAN等多種方式進行ISP。小空量產品、中容量產品的BootLoader與大容量產品相同。

關於ISP與IAP
      ISP（In System Programming）在系統編程，是指直接在目標電路板上對晶片進行編程，一般需要一個自舉程式（BootLoader）來執行。ISP也有叫ICP（In Circuit Programming）、在電路編程、線上編程。 IAP（In Application Programming）在應用中編程，是指最終產品出廠後，由終端使用者在使用中對使用者程式部分進行編程，實現線上升級。IAP要求將程式分成兩部分：引導程式、使用者程式。引導程式總是不變的。IAP也有叫在程式中編程。 ISP與IAP的區別在於，ISP一般是對晶片整片重新編程，用的是晶片廠的自舉程式。而IAP只是更新程式的一部分，用的是電器廠開發的IAP引導程式。綜合來看，ISP受到的限制更多，而IAP由於是自己開發的程式，更換程式的時候更容易操作。

FPEC
     FPEC(FLASH Program/Erase controller 快閃記憶體編程/擦除控制器)，STM32通過FPEC來擦除和編程FLASH。FPEC使用7個寄存器來操作快閃記憶體：

FPEC鍵寄存器(FLASH_KEYR)          寫入索引值解鎖。
選項位元組鍵寄存器(FLASH_OPTKEYR)   寫入索引值解鎖選項位元組操作。
快閃記憶體控制寄存器(FLASH_CR)          選擇並啟動快閃記憶體操作。
快閃記憶體狀態寄存器(FLASH_SR)          查詢快閃記憶體操作狀態。
快閃記憶體地址寄存器(FLASH_AR)          儲存快閃記憶體操作地址。
選項位元組寄存器(FLASH_OBR)         選項位元組中主要資料的映象。
防寫保護寄存器(FLASH_WRPR)          選項位元組中防寫保護位元組的映象。

索引值
     為了增強安全性，進行某項操作時，須要向某個位置寫入特定的數值，來驗證是否為安全的操作，這些數值稱為索引值。STM32的FLASH共有三個索引值：
      RDPRT鍵 = 0x000000A5  用於解除讀保護
      KEY1    = 0x45670123  用於解除快閃記憶體鎖
      KEY2    = 0xCDEF89AB  用於解除快閃記憶體鎖

快閃記憶體鎖
     在FLASH_CR中，有一個LOCK位，該位為1時，不能寫FLASH_CR寄存器，從而也就不能擦除和編程FLASH，這稱為快閃記憶體鎖。
當LOCK位為1時，快閃記憶體鎖有效，只有向FLASH_KEYR依次寫入KEY1、KEY2後，LOCK位才會被硬體清零，從而解除快閃記憶體鎖。當LOCK位為1時，對
FLASH_KEYR的任何錯誤寫操作（第一次不是KEY1，或第二次不是KEY2），都將會導致快閃記憶體鎖的徹底鎖死，一旦快閃記憶體鎖徹底鎖死，在下一次複位前，都無法解鎖，只有複位後，快閃記憶體鎖才恢複為一般鎖住狀態。
複位後，LOCK位預設為1，快閃記憶體鎖有效，此時，可以進行解鎖。解鎖後，可進行FLASH的擦除編程工作。任何時候，都可以通過對LOCK位置1來軟體加鎖，軟體加鎖與複位加鎖是一樣的，都可以解鎖。  

主儲存塊的擦除
     主儲存塊可以按頁擦除，也可以整片擦除。

頁擦除
     主儲存塊的任何一頁都可以通過FPEC的頁擦除功能擦除。 建議使用以下步驟進行頁擦除：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位。以確認沒有其他進行中的快閃記憶體操作。必須等待BSY位為0，才能繼續操作。
2．設定FLASH_CR寄存器的PER位為1。選擇頁擦除操作。
3．設定FLASH_AR寄存器為要擦除頁所在地址，選擇要擦除的頁。FLASH_AR的值在哪一頁範圍內，就表示要擦除哪一頁。
4．設定FLASH_CR寄存器的STRT位為1，啟動擦除操作。
5．等待FLASH_SR寄存器的BSY位變為0，表示操作完成。
6．查詢FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時，表示操作成功。   
7．讀出被擦除的頁並做驗證。擦完後所有資料位元都為1。

整片擦除
     整片擦除功能擦除整個主儲存塊，資訊塊不受此操作影響。 建議使用以下步驟進行整片擦除：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認沒有其他進行中的快閃記憶體操作。
2．設定FLASH_CR寄存器的MER位為1。選擇整片擦除操作。   
3．設定FLASH_CR寄存器的STRT位為1。啟動整片擦除操作。   
4．等待FLASH_SR寄存器的BSY位變為0，表示操作完成。
5．查詢FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時，表示操作成功。   
6．讀出所有頁並做驗證。擦完後所有資料位元都為1。

主儲存塊的編程
     對主儲存塊編程每次可以寫入16位。當FLASH_CR寄存器的PG位為1時，在一個快閃記憶體地址寫入一個半字（16位）將啟動一次編程；寫入任何非半字的資料，FPEC都會產生匯流排錯誤。在編程過程中(BSY位為1時)，任何讀寫快閃記憶體的操作都會使CPU暫停，直到此次快閃記憶體編程結束。 建議使用如下步驟對主儲存塊進行編：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認沒有其他進行中的編程操作。  
2．設定FLASH_CR寄存器的PG位為1。選擇編程操作。  
3．在指定的地址寫入要編程的半字。直接用指標寫。
4．等待FLASH_SR寄存器的BSY位變為0，表示操作完成。
5．查詢FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時，表示操作成功。
6．讀出寫入的地址並驗證資料。

關於主儲存塊擦除編程操作的一些疑問
1． 為什麼每次都要檢查BSY位是否為0。
     因為BSY位為1時，不能對任何FPEC寄存器執行寫操作，所以必須要等BSY位為0時，才能執行快閃記憶體操作。
2． 如果沒有擦除就進行編程，會出現什麼結果。
      STM32在執行編程操作前，會先檢查要編程的地址是否被擦除，如果沒有，則不進行編程，共置FLASH_SR寄存器的PGERR位為1。唯一例外的是，當要編程的資料為0X0000時，即使未擦除，也會進行編程，因為0X0000即使擦除也可以正確編程。
3． 為什麼操作後要讀出資料並驗證。
      STM32在某些特殊情況下（例如FPEC被鎖住），可能根本就沒有執行所要的操作，僅通過寄存器無法判斷操作是否成功。所以，保險起見，操作後都要讀出所有資料檢查。
4． 等待BSY位為1的時間以多少為合適。
     請參考STM32韌體庫中的資料。
5． FLASH編程手冊上說進行快閃記憶體操作（擦除或編程）時，必須開啟內部的RC振蕩器(HSI)，是不是一定要用HIS進行快閃記憶體的擦除及編程操作。
     對於這點，我的理解是，進行快閃記憶體操作時，必須要保證HIS沒有被關閉，但是操作時的系統仍然可以是HSE時鐘。STM32複位後，HIS預設是開的，只要你不為了低功耗去主動關閉它，則用什麼時鐘都可以進行快閃記憶體操作的。我所編的程式也驗證了這一點。

 

選項位元組
     選項位元組用於儲存晶片使用者對晶片的配置資訊。
目前，所有的STM32101xx、STM32102xx、STM32103xx、STM32105xx、STM32107xx產品，選項位元組都是16位元組。但是這16位元組，每兩個位元組組成一個正反對，即，位元組1是位元組0的反碼，位元組3是位元組2的反碼，．．．，位元組15是位元組14的反碼，所以，晶片使用者只要設定8個位元組就行了，另外8個位元組系統自動填滿為反碼。因此，有時候，也說STM32的選項位元組是8個位元組，但是佔了16位元組的空間。選項位元組的8位元組正碼概述如下：

RDP   位元組0。讀保護位元組，儲存對主儲存塊的讀保護設定。
USER  位元組2。使用者位元組，配置看門狗、停機、待機。
Data0  位元組4。資料位元組0，由晶片使用者自由使用。
Data1  位元組6。資料位元組1，由晶片使用者自由使用。
WRP0  位元組8。防寫保護位元組0，儲存對主儲存塊的防寫保護設定。
WRP1  位元組10。防寫保護位元組1，儲存對主儲存塊的防寫保護設定。
WRP2  位元組12。防寫保護位元組2，儲存對主儲存塊的防寫保護設定。
WRP3  位元組14。防寫保護位元組3，儲存對主儲存塊的防寫保護設定。

選項位元組寫使能
     在FLASH_CR中，有一個OPTWRE位，該位為0時，不允許進行選項位元組操作（擦除、編程）。這稱為選項位元組寫使能。只有該位為1時，才能進行選項位元組操作。 該位不能軟體置1，但可以軟體清零。只有向FLASH_OPTKEYR依次寫入KEY1和KEY2後，硬體會自動對該位置1，此時，才允許選項位元組操作。這稱為解鎖（開啟）選項位元組寫使能。該位為1後，可以由軟體清零，關閉寫使能。複位後，該位為0。錯誤操作不會永遠關閉寫使能，只要寫入正確的鍵序列，則又可以開啟寫使能。寫使能已開啟時，再次開啟，不會出錯，並且依然是開啟的。 很顯然，進行選項位元組操作前，先要解開快閃記憶體鎖，然後開啟選項位元組寫使能，之後，才能進行選項位元組操作。

選項位元組擦除
     建議使用如下步驟對選項位元組進行擦除：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認沒有其他進行中的快閃記憶體操作。  
2．解鎖FLASH_CR寄存器的OPTWRE位。即，開啟寫使能。
3．設定FLASH_CR寄存器的OPTER位為1。選擇選項位元組擦除操作。  
4．設定FLASH_CR寄存器的STRT位為1。
5．等待FLASH_SR寄存器的BSY位變為0，表示操作完成。
6．查詢FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時，表示操作成功。
7．讀出選項位元組並驗證資料。
由於選項位元組只有16位元組，因此，擦除時是整個選項位元組都被擦除了。

選項位元組編程
     建議使用如下步驟對選項位元組進行編程：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認沒有其他進行中的編程操作。  
2．解鎖FLASH_CR寄存器的OPTWRE位。即，開啟寫使能。  
3．設定FLASH_CR寄存器的OPTPG位為1。選擇編程操作。  
4．寫入要編程的半字到指定的地址。啟動編程操作。
5．等待FLASH_SR寄存器的BSY位變為0，表示操作完成。
6．查詢FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時，表示操作成功。
7．讀出寫入的選項位元組並驗證資料。 對選項位元組編程時，FPEC使用半字中的低位元組並自動地計算出高位元組(高位元組為低位元組的反碼)，並開始編程操作，這將保證選項位元組和它的反碼始終是正確的。

主儲存塊的保護
     可以對主儲存塊中的資料進行讀保護、防寫保護。 讀保護用於保護資料不被非法讀出。防止程式泄密。
防寫保護用於保護資料不被非法改寫，增強程式的健壯性。

讀保護
     主儲存塊啟動讀保護後，簡單的說具有以下特性：
1．從主儲存塊啟動的程式，可以對整個主儲存塊執行讀操作，不允許對主儲存塊的前4KB進行擦除編程操作，可以對4KB之後的地區進行擦除編程操作。
2．從SRAM啟動的程式，不能對主儲存塊進行讀、頁擦除、編程操作，但可以進行主儲存塊整片擦除操作。
3．使用調試介面不能訪問主儲存塊。這些特性足以阻止主儲存空間資料的非法讀出，又能保證程式的正常運行。
只有當RDP選項位元組的值為RDPRT索引值時，讀保護才被關閉，否則，讀保護就是啟動的。因此，擦除選項位元組的操作，將啟動主儲存塊的讀保護。如果要關閉讀保護，必須將RDP選項位元組編程為RDPRT索引值。並且，如果編程選項位元組，使RDP由非索引值變為索引值（即由保護變為非保護）時，STM32將會先擦除整個主儲存塊，再編程RDP。晶片出廠時，RDP會事先寫入RDPRT索引值，關閉防寫保護功能。

防寫保護
      STM32主儲存塊可以分域進行防寫保護。如果試圖對防寫保護的域進行擦除或編程操作，在快閃記憶體狀態寄存器(FLASH_SR)中會返回一個防寫保護錯誤標誌。STM32主儲存塊每個域4KB，WRP0-WRP3選項位元組中的每一位對應一個域，位為0時，防寫保護有效。對於超過128KB的產品，WRP3．15保護了域31及之後的所有域。顯然，擦除選項位元組將導致解除主儲存塊的防寫保護。

選項位元組與它的寄存器映象
我們知道，FPEC有兩個寄存器儲存了選項位元組的映象。那麼，選項位元組本體（在FLASH中）與映象（在寄存器中）究竟有什麼區別呢。
選項位元組的本體只是個FLASH，它的作用只是掉電儲存選項位元組內容而以，真正起作用的是寄存器中的映象。即，一個配置是否有效，不是看本體，而是看映象。而映象是在複位後，用本體的值載入的，此後，除非複位，映象將不再改變。所以，更改本體的資料後，不會立即生效，只有複位載入到映象中後，才會生效。 有一點要注意的是，當更改本體的值，使主儲存塊讀保護變為不保護時，會先擦除整片主儲存塊，然後再改變本體。這是唯一一個改變本體會引發的動作。但即使這樣，讀保護依然要等到複位後，載入到映象後，才會解除。
  
關於FLASH編程手冊中文版的幾處錯誤（不一定是，但是與我的理解不符）
1．選項位元組編程一節中：
對FPEC解鎖後，必須分別寫入KEY1和KEY2(見2.3.1節)到FLASH_OPTKEYR寄存器，再設定FLASH_CR寄存器的OPTWRE位為’1’，此時可以對選項位元組進行編程
實際上，對FLASH_OPTKEYR寫入KEY1和KEY2後，OPTWRE位會被硬體置1，而不是用軟體寫1。這一點在後面的寄存器描述中也可以得到驗證。 2．對讀保護的描述中：
對讀保護的數值對無法理解。正確的應該是，RDP為RDPRT索引值時，解除讀保護，為其它值時，讀保護生效。


看了半天，原來只要幾句就可以解決，當然是不考慮其他功能，只是簡單的讀寫操作。
其中寫操作如下：
     FLASH_Unlock();  //解鎖FLASH編程擦除控制器
     FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY|FLASH_FLAG_EOP|FLASH_FLAG_PGERR|FLASH_FLAG_WRPRTERR);//清除標誌位
     /*********************************************************************************
          //               FLASH_FLAG_BSY            FLASH忙標誌位
          //               FLASH_FLAG_EOP            FLASH操作結束標誌位
          //               FLASH_FLAG_PGERR            FLASH編寫錯誤標誌位
          //               FLASH_FLAG_WRPRTERR       FLASH頁面防寫保護錯誤標淨         
     **********************************************************************************/
     FLASH_ErasePage(FLASH_START_ADDR);     //擦除指定地址頁
     FLASH_ProgramHalfWord(FLASH_START_ADDR+(addr+i)*2,dat); //從指定頁的addr地址開始寫
     FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY|FLASH_FLAG_EOP|FLASH_FLAG_PGERR|FLASH_FLAG_WRPRTERR);//清除標誌位
     FLASH_Lock();    //鎖定FLASH編程擦除控制器

從上面可以看出基本順序是：解鎖-》清除標誌位（可以不要）-》擦除-》寫半字-》清楚標誌位（也可以不要）-》上鎖。其中FLASH_START_ADDR是宏定義的0x8000000+2048*255,0x8000000是Flash的起始地址，2048是因為我用的是大容量晶片，根據上一筆記Flash地址可以看出晶片每頁容量2K，即2048位元組，255表示晶片的最後一頁，這個根據不同晶片而定。之所以從後面頁寫起可以防止儲存資料破壞使用者程式。addr*2是因為每個資料佔用2位元組（半字），雖然寫入的是1位元組資料，但是編程是2位元組為單位，也就是說一個位元組的資料也會佔用兩個位元組地址。

讀操作如下：
    u16 value;
    value = *(u16*)(FLASH_START_ADDR+(addr*2));//從指定頁的addr地址開始讀