不同型号的 STM32,其 FLASH 容量也有所不同,最小的只有 16K 字节,最大的则达到了 1024K 字节。市面上 STM32F1 开发板使用的芯片是 STM32F103系列,其 FLASH 容量一般为 512K 字节,属于大容量芯片。大容量产品的 Flash 模块组织结构如图 40.1.1 所示:
STM32F1 的闪存(Flash)模块由:主存储器、信息块和闪存存储器接口寄存器等 3 部分组成。下面我们就来介绍下这些组成部分:
①主存储器。该部分用来存放代码和数据常数(如 const 类型的数据)。对于大容量产品,其被划分为 256 页,每页 2K 字节。注意,小容量和中容量产品则每页只有 1K 字节。从上图可以看出主存储器的起始地址就是0X08000000, BOOT0、BOOT1 都接 GND 的时候,就是从 0X08000000 开始运行代码的。
②信息块。该部分分为 2 个小部分,其中启动程序代码,是用来存储 ST 自带的启动程序,用于串口下载代码,当 BOOT0 接 V3.3, BOOT1 接 GND 的时候,运行的就是这部分代码。用户选择字节,则一般用于配置写保护、读保护等功能,这里我们不做介绍,大家可以百度了解。
③闪存存储器接口寄存器。该部分用于控制闪存读写等,是整个闪存模块的控制机构。对主存储器和信息块的写入由内嵌的闪存编程/擦除控制器(FPEC)管理;编程与擦除的高电压由内部产生。
在执行闪存写操作时,任何对闪存的读操作都会锁住总线,在写操作完成后读操作才能正确地进行;既在进行写或擦除操作时,不能进行代码或数据的读取操作。
下面我们就来看下如何对闪存进行读取、编程和擦除。
(1)闪存的读取
STM32F1 可通过内部的 I-Code 指令总线或 D-Code 数据总线访问内置闪存模块,本章我们主要讲解数据读写,即通过 D-Code 数据总线来访问内部闪存模块。为了准确读取 Flash 数据,必须根据 CPU 时钟 (HCLK) 频率和器件电源电压在 Flash 存取控制寄存器 (FLASH_ACR)中正确地设置等待周期数(LATENCY)。当电源电压低于 2.1V 时,必须关闭预取缓冲器。 Flash 等待周期与 CPU 时钟频率之间的对应关系,如图 40.1.2 所示:
等待周期通过 FLASH_ACR 寄存器的 LATENCY[2:0]三个位设置。系统复位后, CPU 时钟频率为内部 16M RC 振荡器, LATENCY 默认是 0,即 1 个等待周期。供电电压,我们一般是 3.3V,所以,在我们设置 72Mhz 频率作为 CPU 时钟之前,必须先设置 LATENCY 为 3,否则 FLASH 读写可能出错,导致死机。STM23F1 的 FLASH 读取是很简单的。例如,我们要从地址 addr,读取一个字(字节为 8 位,半字为 16 位,字为 32 位),可以使用如下方法来读取:data=*(vu32*)addr;
将 addr 强制转换为 vu32 指针,然后取该指针所指向的地址的值,即得到了 addr 地址内的值。类似的,将上面的 vu32 改为 vu16,即可读取指定地址的一个半字。相对 FLASH 读取来说,STM32F1 FLASH 的写就复杂一点了,下面我们介绍 STM32F1 闪存的编程和擦除。
(2)闪存的编程和擦除
STM32 的闪存编程是由 FPEC(闪存编程和擦除控制器)模块处理的,这个模块包含 7 个 32 位寄存器,他们分别是:
① FPEC 键寄存器(FLASH_KEYR)
② 选择字节键寄存器(FLASH_OPTKEYR)
③ 闪存控制寄存器(FLASH_CR)
④ 闪存状态寄存器(FLASH_SR)
⑤ 闪存地址寄存器(FLASH_AR)
⑥ 选择字节寄存器(FLASH_OBR)
⑦ 写保护寄存器(FLASH_WRPR)
其中 FPEC 键寄存器总共有 3 个键值:
RDPRT 键=0X000000A5
KEY1=0X45670123
KEY2=0XCDEF89AB
STM32 复位后, FPEC 模块是被保护的,不能写入 FLASH_CR 寄存器;通过写入特定的序列到 FLASH_KEYR 寄存器可以打开 FPEC 模块(即写入 KEY1 和KEY2),只有在写保护被解除后,我们才能操作相关寄存器。
STM32 闪存的编程每次必须写入 16 位(不能单纯的写入 8 位数据),当FLASH_CR 寄存器的 PG 位为’1’时,在一个闪存地址写入一个半字将启动一次编程;写入任何非半字的数据, FPEC 都会产生总线错误。在编程过程中(BSY 位为’1’ ),任何读写闪存的操作都会使 CPU 暂停,直到此次闪存编程结束。
同样,STM32 的 FLASH 在编程的时候,也必须要求其写入地址的 FLASH 是被擦除了的(也就是其值必须是 0XFFFF),否则无法写入,在 FLASH_SR 寄存器的 PGERR 位将得到一个警告。STM32 的 FLASH 编程过程如下:
从上图可以得到闪存的编程顺序如下:
① 检查 FLASH_CR 的 LOCK 是否解锁,如果没有则先解锁
② 检查 FLASH_SR 寄存器的 BSY 位,以确认没有其他正在进行的编程操作
③ 设置 FLASH_CR 寄存器的 PG 位为’1’
④ 在指定的地址写入要编程的半字
⑤ 等待 BSY 位变为’0’
⑥ 读出写入的地址并验证数据
前面提到,我们在 STM32 的 FLASH 编程的时候,要先判断缩写地址是否被擦除了,所以我们有必要再介绍一下 STM32 的闪存擦除, STM32 的闪存擦除分为两种:页擦除和整片擦除。页擦除过程如下所示:
从上图可以看出,STM32 的页擦除顺序为:①检查 FLASH_CR 的 LOCK 是否解锁,如果没有则先解锁;
②检查 FLASH_SR 寄存器中的 BSY 位,确保当前未执行任何 FLASH 操作;③设置 FLASH_CR 寄存器的 PER 位为’1’;④用 FLASH_AR 寄存器选择要擦除的页;⑤设置 FLASH_CR 寄存器的 STRT 位为’1’;⑥等待 BSY 位变为’0’;⑦读出被擦除的页并做验证;
我们只用到了 STM32 的页擦除功能,整片擦除功能我们在这里就不介绍了。通过以上了解,我们基本上知道了 STM32 闪存的读写所要执行的步骤了,由于篇幅限制,本文并没有 STM32F1 内部 FLASH 相关寄存器进行介绍,大家可以参考相关手册的内容,里面有详细的讲解。