對STM32的flash進(jìn)行操作的一些要點(diǎn)

說(shuō)到STM32的flash，我們的第一反應是用來(lái)裝程序的，實(shí)際上，STM32的片內FLASH不僅用來(lái)裝程序，還用來(lái)裝芯片配置、芯片ID、自舉程序等等。當然， FLASH還可以用來(lái)裝數據。

FLASH分類(lèi)
根據用途，STM32片內的FLASH分成兩部分：主存儲塊、信息塊。 主存儲塊用于存儲程序，我們寫(xiě)的程序一般存儲在這里。 信息塊又分成兩部分：系統存儲器、選項字節。 系統存儲器存儲用于存放在系統存儲器自舉模式下的啟動(dòng)程序（BootLoader），當使用ISP方式加載程序時(shí)，就是由這個(gè)程序執行。這個(gè)區域由芯片廠(chǎng)寫(xiě)入BootLoader，然后鎖死，用戶(hù)是無(wú)法改變這個(gè)區域的。 選項字節存儲芯片的配置信息及對主存儲塊的保護信息。
FLASH的頁(yè)面
STM32的FLASH主存儲塊按頁(yè)組織，有的產(chǎn)品每頁(yè)1KB，有的產(chǎn)品每頁(yè)2KB。頁(yè)面典型的用途就是用于按頁(yè)擦除FLASH。從這點(diǎn)來(lái)看，頁(yè)面有點(diǎn)像通用FLASH的扇區。
STM32產(chǎn)品的分類(lèi)
STM32根據FLASH主存儲塊容量、頁(yè)面的不同，系統存儲器的不同，分為小容量、中容量、大容量、互聯(lián)型，共四類(lèi)產(chǎn)品。
小容量產(chǎn)品主存儲塊1-32KB， 每頁(yè)1KB。系統存儲器2KB。
中容量產(chǎn)品主存儲塊64-128KB， 每頁(yè)1KB。系統存儲器2KB。
大容量產(chǎn)品主存儲塊256KB以上， 每頁(yè)2KB。系統存儲器2KB。
互聯(lián)型產(chǎn)品主存儲塊256KB以上， 每頁(yè)2KB。系統存儲器18KB。
對于具體一個(gè)產(chǎn)品屬于哪類(lèi)，可以查數據手冊，或根據以下簡(jiǎn)單的規則進(jìn)行區分：
STM32F101xx、STM32F102xx 、STM32F103xx產(chǎn)品，根據其主存儲塊容量，一定是小容量、中容量、大容量產(chǎn)品中的一種，STM32F105xx、STM32F107xx是互聯(lián)型產(chǎn)品。
互聯(lián)型產(chǎn)品與其它三類(lèi)的不同之處就是BootLoader的不同，小中大容量產(chǎn)品的BootLoader只有2KB，只能通過(guò)USART1進(jìn)行ISP，而互聯(lián)型產(chǎn)品的BootLoader有18KB，能通過(guò)USAT1、4、CAN等多種方式進(jìn)行ISP。小空量產(chǎn)品、中容量產(chǎn)品的BootLoader與大容量產(chǎn)品相同。

關(guān)于ISP與IAP
ISP（In System Programming）在系統編程，是指直接在目標電路板上對芯片進(jìn)行編程，一般需要一個(gè)自舉程序（BootLoader）來(lái)執行。ISP也有叫ICP（In Circuit Programming）、在電路編程、在線(xiàn)編程。 IAP（In Application Programming）在應用中編程，是指最終產(chǎn)品出廠(chǎng)后，由最終用戶(hù)在使用中對用戶(hù)程序部分進(jìn)行編程，實(shí)現在線(xiàn)升級。IAP要求將程序分成兩部分：引導程序、用戶(hù)程序。引導程序總是不變的。IAP也有叫在程序中編程。 ISP與IAP的區別在于，ISP一般是對芯片整片重新編程，用的是芯片廠(chǎng)的自舉程序。而IAP只是更新程序的一部分，用的是電器廠(chǎng)開(kāi)發(fā)的IAP引導程序。綜合來(lái)看，ISP受到的限制更多，而IAP由于是自己開(kāi)發(fā)的程序，更換程序的時(shí)候更容易操作。

FPEC
FPEC(FLASH Program/Erase controller 閃存編程/擦除控制器)，STM32通過(guò)FPEC來(lái)擦除和編程FLASH。FPEC使用7個(gè)寄存器來(lái)操作閃存：

FPEC鍵寄存器(FLASH_KEYR) 寫(xiě)入鍵值解鎖。
選項字節鍵寄存器(FLASH_OPTKEYR) 寫(xiě)入鍵值解鎖選項字節操作。
閃存控制寄存器(FLASH_CR) 選擇并啟動(dòng)閃存操作。
閃存狀態(tài)寄存器(FLASH_SR) 查詢(xún)閃存操作狀態(tài)。
閃存地址寄存器(FLASH_AR) 存儲閃存操作地址。
選項字節寄存器(FLASH_OBR) 選項字節中主要數據的映象。
寫(xiě)保護寄存器(FLASH_WRPR) 選項字節中寫(xiě)保護字節的映象。

鍵值
為了增強安全性，進(jìn)行某項操作時(shí)，須要向某個(gè)位置寫(xiě)入特定的數值，來(lái)驗證是否為安全的操作，這些數值稱(chēng)為鍵值。STM32的FLASH共有三個(gè)鍵值：
RDPRT鍵 = 0x000000A5 用于解除讀保護
KEY1 = 0x45670123 用于解除閃存鎖
KEY2 = 0xCDEF89AB 用于解除閃存鎖
閃存鎖
在FLASH_CR中，有一個(gè)LOCK位，該位為1時(shí)，不能寫(xiě)FLASH_CR寄存器，從而也就不能擦除和編程FLASH，這稱(chēng)為閃存鎖。
當LOCK位為1時(shí)，閃存鎖有效，只有向FLASH_KEYR依次寫(xiě)入KEY1、KEY2后，LOCK位才會(huì )被硬件清零，從而解除閃存鎖。當LOCK位為1時(shí)，對
FLASH_KEYR的任何錯誤寫(xiě)操作（第一次不是KEY1，或第二次不是KEY2），都將會(huì )導致閃存鎖的徹底鎖死，一旦閃存鎖徹底鎖死，在下一次復位前，都無(wú)法解鎖，只有復位后，閃存鎖才恢復為一般鎖住狀態(tài)。
復位后，LOCK位默認為1，閃存鎖有效，此時(shí)，可以進(jìn)行解鎖。解鎖后，可進(jìn)行FLASH的擦除編程工作。任何時(shí)候，都可以通過(guò)對LOCK位置1來(lái)軟件加鎖，軟件加鎖與復位加鎖是一樣的，都可以解鎖。
主存儲塊的擦除
主存儲塊可以按頁(yè)擦除，也可以整片擦除。
頁(yè)擦除
主存儲塊的任何一頁(yè)都可以通過(guò)FPEC的頁(yè)擦除功能擦除。 建議使用以下步驟進(jìn)行頁(yè)擦除：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位。以確認沒(méi)有其他正在進(jìn)行的閃存操作。必須等待BSY位為0，才能繼續操作。
2．設置FLASH_CR寄存器的PER位為1。選擇頁(yè)擦除操作。
3．設置FLASH_AR寄存器為要擦除頁(yè)所在地址，選擇要擦除的頁(yè)。FLASH_AR的值在哪一頁(yè)范圍內，就表示要擦除哪一頁(yè)。
4．設置FLASH_CR寄存器的STRT位為1，啟動(dòng)擦除操作。
5．等待FLASH_SR寄存器的BSY位變?yōu)?，表示操作完成。
6．查詢(xún)FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時(shí)，表示操作成功。
7．讀出被擦除的頁(yè)并做驗證。擦完后所有數據位都為1。
整片擦除
整片擦除功能擦除整個(gè)主存儲塊，信息塊不受此操作影響。 建議使用以下步驟進(jìn)行整片擦除：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認沒(méi)有其他正在進(jìn)行的閃存操作。
2．設置FLASH_CR寄存器的MER位為1。選擇整片擦除操作。
3．設置FLASH_CR寄存器的STRT位為1。啟動(dòng)整片擦除操作。
4．等待FLASH_SR寄存器的BSY位變?yōu)?，表示操作完成。
5．查詢(xún)FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時(shí)，表示操作成功。
6．讀出所有頁(yè)并做驗證。擦完后所有數據位都為1。
主存儲塊的編程
對主存儲塊編程每次可以寫(xiě)入16位。當FLASH_CR寄存器的PG位為1時(shí)，在一個(gè)閃存地址寫(xiě)入一個(gè)半字（16位）將啟動(dòng)一次編程；寫(xiě)入任何非半字的數據，FPEC都會(huì )產(chǎn)生總線(xiàn)錯誤。在編程過(guò)程中(BSY位為1時(shí))，任何讀寫(xiě)閃存的操作都會(huì )使CPU暫停，直到此次閃存編程結束。 建議使用如下步驟對主存儲塊進(jìn)行編：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認沒(méi)有其他正在進(jìn)行的編程操作。
2．設置FLASH_CR寄存器的PG位為1。選擇編程操作。
3．在指定的地址寫(xiě)入要編程的半字。直接用指針寫(xiě)。
4．等待FLASH_SR寄存器的BSY位變?yōu)?，表示操作完成。
5．查詢(xún)FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時(shí)，表示操作成功。
6．讀出寫(xiě)入的地址并驗證數據。
關(guān)于主存儲塊擦除編程操作的一些疑問(wèn)
1． 為什么每次都要檢查BSY位是否為0？
因為BSY位為1時(shí)，不能對任何FPEC寄存器執行寫(xiě)操作，所以必須要等BSY位為0時(shí)，才能執行閃存操作。
2． 如果沒(méi)有擦除就進(jìn)行編程，會(huì )出現什么結果？
STM32在執行編程操作前，會(huì )先檢查要編程的地址是否被擦除，如果沒(méi)有，則不進(jìn)行編程，并置FLASH_SR寄存器的PGERR位為1。唯一例外的是，當要編程的數據為0X0000時(shí)，即使未擦除，也會(huì )進(jìn)行編程，因為0X0000即使擦除也可以正確編程。
3． 為什么操作后要讀出數據并驗證？
STM32在某些特殊情況下（例如FPEC被鎖?。?，可能根本就沒(méi)有執行所要的操作，僅通過(guò)寄存器無(wú)法判斷操作是否成功。所以，保險起見(jiàn)，操作后都要讀出所有數據檢查。
4． 等待BSY位為1的時(shí)間以多少為合適？
請參考STM32固件庫中的數據。
5． FLASH編程手冊上說(shuō)進(jìn)行閃存操作（擦除或編程）時(shí)，必須打開(kāi)內部的RC振蕩器(HSI)，是不是一定要用HIS進(jìn)行閃存的擦除及編程操作？
對于這點(diǎn)，我的理解是，進(jìn)行閃存操作時(shí)，必須要保證HIS沒(méi)有被關(guān)閉，但是操作時(shí)的系統仍然可以是HSE時(shí)鐘。STM32復位后，HIS默認是開(kāi)的，只要你不為了低功耗去主動(dòng)關(guān)閉它，則用什么時(shí)鐘都可以進(jìn)行閃存操作的。我所編的程序也驗證了這一點(diǎn)。
選項字節
選項字節用于存儲芯片使用者對芯片的配置信息。
目前，所有的STM32101xx、STM32102xx、STM32103xx、STM32105xx、STM32107xx產(chǎn)品，選項字節都是16字節。但是這16字節，每?jì)蓚€(gè)字節組成一個(gè)正反對，即，字節1是字節0的反碼，字節3是字節2的反碼，．．．，字節15是字節14的反碼，所以，芯片使用者只要設置8個(gè)字節就行了，另外8個(gè)字節系統自動(dòng)填充為反碼。因此，有時(shí)候，也說(shuō)STM32的選項字節是8個(gè)字節，但是占了16字節的空間。選項字節的8字節正碼概述如下：
RDP 字節0。讀保護字節，存儲對主存儲塊的讀保護設置。
USER 字節2。用戶(hù)字節，配置看門(mén)狗、停機、待機。
Data0 字節4。數據字節0，由芯片使用者自由使用。
Data1 字節6。數據字節1，由芯片使用者自由使用。
WRP0 字節8。寫(xiě)保護字節0，存儲對主存儲塊的寫(xiě)保護設置。
WRP1 字節10。寫(xiě)保護字節1，存儲對主存儲塊的寫(xiě)保護設置。
WRP2 字節12。寫(xiě)保護字節2，存儲對主存儲塊的寫(xiě)保護設置。
WRP3 字節14。寫(xiě)保護字節3，存儲對主存儲塊的寫(xiě)保護設置。
選項字節寫(xiě)使能
在FLASH_CR中，有一個(gè)OPTWRE位，該位為0時(shí)，不允許進(jìn)行選項字節操作（擦除、編程）。這稱(chēng)為選項字節寫(xiě)使能。只有該位為1時(shí)，才能進(jìn)行選項字節操作。 該位不能軟件置1，但可以軟件清零。只有向FLASH_OPTKEYR依次寫(xiě)入KEY1和KEY2后，硬件會(huì )自動(dòng)對該位置1，此時(shí)，才允許選項字節操作。這稱(chēng)為解鎖（打開(kāi)）選項字節寫(xiě)使能。該位為1后，可以由軟件清零，關(guān)閉寫(xiě)使能。復位后，該位為0。錯誤操作不會(huì )永遠關(guān)閉寫(xiě)使能，只要寫(xiě)入正確的鍵序列，則又可以打開(kāi)寫(xiě)使能。寫(xiě)使能已打開(kāi)時(shí)，再次打開(kāi)，不會(huì )出錯，并且依然是打開(kāi)的。 很顯然，進(jìn)行選項字節操作前，先要解開(kāi)閃存鎖，然后打開(kāi)選項字節寫(xiě)使能，之后，才能進(jìn)行選項字節操作。
選項字節擦除
建議使用如下步驟對選項字節進(jìn)行擦除：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認沒(méi)有其他正在進(jìn)行的閃存操作。
2．解鎖FLASH_CR寄存器的OPTWRE位。即，打開(kāi)寫(xiě)使能。
3．設置FLASH_CR寄存器的OPTER位為1。選擇選項字節擦除操作。
4．設置FLASH_CR寄存器的STRT位為1。
5．等待FLASH_SR寄存器的BSY位變?yōu)?，表示操作完成。
6．查詢(xún)FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時(shí)，表示操作成功。
7．讀出選項字節并驗證數據。
由于選項字節只有16字節，因此，擦除時(shí)是整個(gè)選項字節都被擦除了。
選項字節編程
建議使用如下步驟對選項字節進(jìn)行編程：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認沒(méi)有其他正在進(jìn)行的編程操作。
2．解鎖FLASH_CR寄存器的OPTWRE位。即，打開(kāi)寫(xiě)使能。
3．設置FLASH_CR寄存器的OPTPG位為1。選擇編程操作。
4．寫(xiě)入要編程的半字到指定的地址。啟動(dòng)編程操作。
5．等待FLASH_SR寄存器的BSY位變?yōu)?，表示操作完成。
6．查詢(xún)FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時(shí)，表示操作成功。
7．讀出寫(xiě)入的選項字節并驗證數據。 對選項字節編程時(shí)，FPEC使用半字中的低字節并自動(dòng)地計算出高字節(高字節為低字節的反碼)，并開(kāi)始編程操作，這將保證選項字節和它的反碼始終是正確的。
主存儲塊的保護
可以對主存儲塊中的數據進(jìn)行讀保護、寫(xiě)保護。 讀保護用于保護數據不被非法讀出。防止程序泄密。
寫(xiě)保護用于保護數據不被非法改寫(xiě)，增強程序的健壯性。
讀保護
主存儲塊啟動(dòng)讀保護后，簡(jiǎn)單的說(shuō)具有以下特性：
1．從主存儲塊啟動(dòng)的程序，可以對整個(gè)主存儲塊執行讀操作，不允許對主存儲塊的前4KB進(jìn)行擦除編程操作，可以對4KB之后的區域進(jìn)行擦除編程操作。
2．從SRAM啟動(dòng)的程序，不能對主存儲塊進(jìn)行讀、頁(yè)擦除、編程操作，但可以進(jìn)行主存儲塊整片擦除操作。
3．使用調試接口不能訪(fǎng)問(wèn)主存儲塊。這些特性足以阻止主存儲器數據的非法讀出，又能保證程序的正常運行。
只有當RDP選項字節的值為RDPRT鍵值時(shí)，讀保護才被關(guān)閉，否則，讀保護就是啟動(dòng)的。因此，擦除選項字節的操作，將啟動(dòng)主存儲塊的讀保護。如果要關(guān)閉讀保護，必須將RDP選項字節編程為RDPRT鍵值。并且，如果編程選項字節，使RDP由非鍵值變?yōu)殒I值（即由保護變?yōu)榉潜Ｗo）時(shí)，STM32將會(huì )先擦除整個(gè)主存儲塊，再編程RDP。芯片出廠(chǎng)時(shí)，RDP會(huì )事先寫(xiě)入RDPRT鍵值，關(guān)閉寫(xiě)保護功能。
寫(xiě)保護
STM32主存儲塊可以分域進(jìn)行寫(xiě)保護。如果試圖對寫(xiě)保護的域進(jìn)行擦除或編程操作，在閃存狀態(tài)寄存器(FLASH_SR)中會(huì )返回一個(gè)寫(xiě)保護錯誤標志。STM32主存儲塊每個(gè)域4KB，WRP0-WRP3選項字節中的每一位對應一個(gè)域，位為0時(shí)，寫(xiě)保護有效。對于超過(guò)128KB的產(chǎn)品，WRP3．15保護了域31及之后的所有域。顯然，擦除選項字節將導致解除主存儲塊的寫(xiě)保護。
選項字節與它的寄存器映象
我們知道，FPEC有兩個(gè)寄存器存儲了選項字節的映象。那么，選項字節本體（在FLASH中）與映象（在寄存器中）究竟有什么區別呢？
選項字節的本體只是個(gè)FLASH，它的作用只是掉電存儲選項字節內容而以，真正起作用的是寄存器中的映象。即，一個(gè)配置是否有效，不是看本體，而是看映象。而映象是在復位后，用本體的值加載的，此后，除非復位，映象將不再改變。所以，更改本體的數據后，不會(huì )立即生效，只有復位加載到映象中后，才會(huì )生效。 有一點(diǎn)要注意的是，當更改本體的值，使主存儲塊讀保護變?yōu)椴槐Ｗo時(shí)，會(huì )先擦除整片主存儲塊，然后再改變本體。這是唯一一個(gè)改變本體會(huì )引發(fā)的動(dòng)作。但即使這樣，讀保護依然要等到復位后，加載到映象后，才會(huì )解除。
關(guān)于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．選項字節編程一節中：
對FPEC解鎖后，必須分別寫(xiě)入KEY1和KEY2(見(jiàn)2.3.1節)到FLASH_OPTKEYR寄存器，再設置FLASH_CR寄存器的OPTWRE位為’1’，此時(shí)可以對選項字節進(jìn)行編程
實(shí)際上，對FLASH_OPTKEYR寫(xiě)入KEY1和KEY2后，OPTWRE位會(huì )被硬件置1，而不是用軟件寫(xiě)1。這一點(diǎn)在后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(wú)法理解。正確的應該是，RDP為RDPRT鍵值時(shí)，解除讀保護，為其它值時(shí)，讀保護生效。
看了半天，原來(lái)只要幾句就可以解決，當然是不考慮其他功能，只是簡(jiǎn)單的讀寫(xiě)操作。
其中寫(xiě)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);//清除標志位
/*********************************************************************************
// FLASH_FLAG_BSY FLASH忙標志位
// FLASH_FLAG_EOP FLASH操作結束標志位
// FLASH_FLAG_PGERR FLASH編寫(xiě)錯誤標志位
// FLASH_FLAG_WRPRTERR FLASH頁(yè)面寫(xiě)保護錯誤標凈
**********************************************************************************/
FLASH_ErasePage(FLASH_START_ADDR); //擦除指定地址頁(yè)
FLASH_ProgramHalfWord(FLASH_START_ADDR+(addr+i)*2,dat); //從指定頁(yè)的addr地址開(kāi)始寫(xiě)
FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY|FLASH_FLAG_EOP|FLASH_FLAG_PGERR|FLASH_FLAG_WRPRTERR);//清除標志位
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-》清除標志位（可以不要）-》擦除-》寫(xiě)半字-》清楚標志位（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芯片，根據上一筆記Flash地址可以看出芯片每頁(yè)容量2K，即2048字節，255表示芯片的最后一頁(yè)，這個(gè)根據不同芯片而定。之所以從后面頁(yè)寫(xiě)起可以防止儲存數據破壞用戶(hù)程序。addr*2是因為每個(gè)數據占用2字節（半字），雖然寫(xiě)入的是1字節數據，但是編程是2字節為單位，也就是說(shuō)一個(gè)字節的數據也會(huì )占用兩個(gè)字節地址。
讀操作如下：
u16 value;
value = *(u16*)(FLASH_START_ADDR+(addr*2));//從指定頁(yè)的addr地址開(kāi)始讀
我在實(shí)際的項目中發(fā)現，在對flash進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)要關(guān)閉所有中斷，關(guān)于這一點(diǎn)是否是必須的，我沒(méi)有去進(jìn)一步了解和驗證。