STM32操作FLASH

以下将为你详细介绍 STM32 的 Flash 操作相关知识，包含基本原理、操作步骤，并给出具体的代码示例。

1. STM32 Flash 基本原理

1.1 Flash 存储器结构

STM32 的 Flash 存储器用于存储程序代码和一些需要掉电保存的数据。它通常被划分为多个扇区，每个扇区有固定的大小。不同系列的 STM32 芯片，其 Flash 扇区大小和数量可能不同。例如，STM32F103 系列的 Flash 扇区大小有 1KB、2KB、4KB、16KB、64KB 和 128KB 等。

1.2 Flash 操作限制

• 写操作：在进行写操作之前，必须先擦除相应的扇区。因为 Flash 的写操作只能将 “1” 变为 “0”，而擦除操作会将整个扇区的数据都变为 “1”。
• 擦除操作：擦除操作是以扇区为单位进行的，不能只擦除一个字节或一个字。
• 保护机制：为了防止误操作或恶意修改，STM32 的 Flash 提供了写保护和读保护机制。

2. STM32 Flash 操作步骤

2.1 解锁 Flash

在进行写或擦除操作之前，需要先解锁 Flash。因为 Flash 默认是处于锁定状态的，以防止误操作。

2.2 擦除扇区

如果要写入新的数据，需要先擦除相应的扇区。可以选择擦除单个扇区或多个扇区。

2.3 写入数据

在扇区擦除完成后，就可以向 Flash 中写入数据了。写入数据时需要注意数据的对齐方式，通常是以半字（16 位）或字（32 位）为单位进行写入。

2.4 锁定 Flash

在完成写或擦除操作后，需要锁定 Flash，以保护数据安全。

3. 代码示例（以 STM32F103 为例）

#include "stm32f10x.h"

// 解锁Flash
void FLASH_Unlock(void)
{
    if ((FLASH->CR & FLASH_CR_LOCK) != 0)
    {
        FLASH->KEYR = FLASH_KEY1;
        FLASH->KEYR = FLASH_KEY2;
    }
}

// 锁定Flash
void FLASH_Lock(void)
{
    FLASH->CR |= FLASH_CR_LOCK;
}

// 擦除指定扇区
uint8_t FLASH_EraseSector(uint32_t Sector)
{
    uint32_t timeout = 0xFFFF;
    FLASH_Unlock();
    FLASH->CR |= FLASH_CR_PER;
    FLASH->AR = Sector;
    FLASH->CR |= FLASH_CR_STRT;
    while ((FLASH->SR & FLASH_SR_BSY) != 0)
    {
        if (timeout-- == 0)
        {
            FLASH->CR &= ~FLASH_CR_PER;
            FLASH_Lock();
            return 1; // 擦除超时
        }
    }
    if ((FLASH->SR & FLASH_SR_EOP) != 0)
    {
        FLASH->SR |= FLASH_SR_EOP;
    }
    FLASH->CR &= ~FLASH_CR_PER;
    FLASH_Lock();
    return 0; // 擦除成功
}

// 写入半字数据到指定地址
uint8_t FLASH_WriteHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data)
{
    uint32_t timeout = 0xFFFF;
    FLASH_Unlock();
    FLASH->CR |= FLASH_CR_PG;
    *(__IO uint16_t*)Address = Data;
    while ((FLASH->SR & FLASH_SR_BSY) != 0)
    {
        if (timeout-- == 0)
        {
            FLASH->CR &= ~FLASH_CR_PG;
            FLASH_Lock();
            return 1; // 写入超时
        }
    }
    if ((FLASH->SR & FLASH_SR_EOP) != 0)
    {
        FLASH->SR |= FLASH_SR_EOP;
    }
    FLASH->CR &= ~FLASH_CR_PG;
    FLASH_Lock();
    return 0; // 写入成功
}

// 从指定地址读取半字数据
uint16_t FLASH_ReadHalfWord(uint32_t Address)
{
    return *(__IO uint16_t*)Address;
}

int main(void)
{
    uint32_t SectorAddress = 0x08004000; // 假设要操作的扇区地址
    uint16_t WriteData = 0x1234;
    uint16_t ReadData;

    // 擦除扇区
    if (FLASH_EraseSector(SectorAddress) == 0)
    {
        // 写入数据
        if (FLASH_WriteHalfWord(SectorAddress, WriteData) == 0)
        {
            // 读取数据
            ReadData = FLASH_ReadHalfWord(SectorAddress);
            // 这里可以根据读取的数据进行相应的处理
        }
    }

    while (1)
    {
        // 主循环
    }
}

4. 代码解释

• FLASH_Unlock()：用于解锁 Flash，通过向FLASH->KEYR寄存器写入特定的解锁密钥来实现。
• FLASH_Lock()：用于锁定 Flash，将FLASH->CR寄存器的LOCK位置 1。
• FLASH_EraseSector()：擦除指定扇区。首先解锁 Flash，然后设置擦除标志位，启动擦除操作，等待擦除完成，最后清除擦除标志位并锁定 Flash。
• FLASH_WriteHalfWord()：向指定地址写入半字数据。首先解锁 Flash，然后设置写入标志位，写入数据，等待写入完成，最后清除写入标志位并锁定 Flash。
• FLASH_ReadHalfWord()：从指定地址读取半字数据。

5. 注意事项

• 地址选择：在选择 Flash 地址时，要确保该地址不会影响到程序代码的正常运行。
• 擦除操作：擦除操作会将整个扇区的数据都清除，所以在擦除之前要确保该扇区的数据已经备份或不再需要。
• 数据对齐：写入数据时要注意数据的对齐方式，通常是以半字或字为单位进行写入。

当不使用寄存器直接操作时，我们可以利用 STM32 HAL 库来进行 Flash 操作。HAL（Hardware Abstraction Layer）库是 ST 公司提供的硬件抽象层，它对底层寄存器操作进行了封装，使得代码的编写更加简洁和易于理解。以下是一个使用 STM32 HAL 库进行 Flash 操作的示例，以 STM32F4 系列为例：

1. 代码示例

#include "stm32f4xx_hal.h"

// 定义要操作的扇区和地址
#define FLASH_USER_START_ADDR   ADDR_FLASH_SECTOR_6   // 假设使用扇区6
#define FLASH_USER_END_ADDR     ADDR_FLASH_SECTOR_7 - 1

// 解锁Flash
void Flash_Unlock(void) {
    HAL_FLASH_Unlock();
}

// 锁定Flash
void Flash_Lock(void) {
    HAL_FLASH_Lock();
}

// 擦除指定扇区
uint8_t Flash_EraseSector(uint32_t Sector) {
    FLASH_EraseInitTypeDef EraseInitStruct;
    uint32_t SectorError;

    EraseInitStruct.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;
    EraseInitStruct.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3;
    EraseInitStruct.Sector = Sector;
    EraseInitStruct.NbSectors = 1;

    if (HAL_FLASHEx_Erase(&EraseInitStruct, &SectorError) != HAL_OK) {
        return 1; // 擦除失败
    }
    return 0; // 擦除成功
}

// 写入32位数据到指定地址
uint8_t Flash_WriteWord(uint32_t Address, uint32_t Data) {
    if (HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, Address, Data) != HAL_OK) {
        return 1; // 写入失败
    }
    return 0; // 写入成功
}

// 从指定地址读取32位数据
uint32_t Flash_ReadWord(uint32_t Address) {
    return *(__IO uint32_t*)Address;
}

int main(void) {
    HAL_Init();

    uint32_t WriteData = 0xABCD1234;
    uint32_t ReadData;

    // 解锁Flash
    Flash_Unlock();

    // 擦除扇区
    if (Flash_EraseSector(FLASH_SECTOR_6) == 0) {
        // 写入数据
        if (Flash_WriteWord(FLASH_USER_START_ADDR, WriteData) == 0) {
            // 读取数据
            ReadData = Flash_ReadWord(FLASH_USER_START_ADDR);
            // 这里可以根据读取的数据进行相应的处理
        }
    }

    // 锁定Flash
    Flash_Lock();

    while (1) {
        // 主循环
    }
}

2. 代码解释

2.1 头文件和宏定义

#include "stm32f4xx_hal.h"
#define FLASH_USER_START_ADDR   ADDR_FLASH_SECTOR_6
#define FLASH_USER_END_ADDR     ADDR_FLASH_SECTOR_7 - 1

• #include "stm32f4xx_hal.h"：包含 STM32F4 系列的 HAL 库头文件。
• FLASH_USER_START_ADDR 和 FLASH_USER_END_ADDR：定义了要操作的 Flash 扇区的起始和结束地址。

2.2 解锁和锁定 Flash

void Flash_Unlock(void) {
    HAL_FLASH_Unlock();
}

void Flash_Lock(void) {
    HAL_FLASH_Lock();
}

• HAL_FLASH_Unlock()：调用 HAL 库函数解锁 Flash。
• HAL_FLASH_Lock()：调用 HAL 库函数锁定 Flash。

2.3 擦除指定扇区

uint8_t Flash_EraseSector(uint32_t Sector) {
    FLASH_EraseInitTypeDef EraseInitStruct;
    uint32_t SectorError;

    EraseInitStruct.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;
    EraseInitStruct.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3;
    EraseInitStruct.Sector = Sector;
    EraseInitStruct.NbSectors = 1;

    if (HAL_FLASHEx_Erase(&EraseInitStruct, &SectorError) != HAL_OK) {
        return 1; // 擦除失败
    }
    return 0; // 擦除成功
}

• FLASH_EraseInitTypeDef：定义一个 Flash 擦除初始化结构体，用于配置擦除操作的参数。
• HAL_FLASHEx_Erase()：调用 HAL 库函数进行扇区擦除操作。

2.4 写入 32 位数据到指定地址

uint8_t Flash_WriteWord(uint32_t Address, uint32_t Data) {
    if (HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, Address, Data) != HAL_OK) {
        return 1; // 写入失败
    }
    return 0; // 写入成功
}

• HAL_FLASH_Program()：调用 HAL 库函数向指定地址写入 32 位数据。

2.5 从指定地址读取 32 位数据

uint32_t Flash_ReadWord(uint32_t Address) {
    return *(__IO uint32_t*)Address;
}

• 直接从指定地址读取 32 位数据。

3. 注意事项

• 扇区选择：要根据实际需求选择合适的 Flash 扇区，避免影响程序代码的正常运行。
• 初始化：在使用 HAL 库之前，需要调用HAL_Init()函数进行初始化。
• 错误处理：在进行 Flash 操作时，要注意检查函数的返回值，以便及时处理可能出现的错误。