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STM32的内部FLASH简介

在STM32芯片内部，存在一个重要的FLASH存储器，其主要用途是存储应用程序代码。编写完应用程序后，通常需要使用下载工具将已编译的代码文件写入内部FLASH。不可忽视的是，内部FLASH具有非易失性存储的特性，这意味着在断电后存储的数据不会丢失。每次芯片重新上电并复位后，内核可以从内部FLASH中加载并执行存储的代码。

除了使用外部工具（如下载器）来读写内部FLASH之外，STM32芯片在运行时也可以对其自身的内部FLASH进行读写操作。这意味着，若内部FLASH存储了应用程序后还有剩余的空间，我们可以可以利用内部FLASH的剩余空间，类似于外部SPI-FLASH，来存储一些在掉电情况下需要保留的关键数据。由于内部FLASH的访问速度明显快于外部SPI-FLASH，因此在紧急情况下，通常会使用内部FLASH来存储重要记录。
为了增强安全性和保护应用程序免受抄袭，一些应用采取了以下措施：

禁止读写内部FLASH内容：这可以通过STM32芯片的内部权限设置来实现，以确保只有授权的应用程序能够访问内部FLASH中的内容。
数据加密和加密信息记录：在首次运行时，应用程序可以计算并记录加密信息到特定区域，然后删除自身的部分加密代码。这有助于提高应用程序的安全性，同时确保数据在内部FLASH中受到保护。

FLASH各个存储区域说明

在STM32微控制器中,FLASH存储器的地址是分段的，不同地址段用于存储不同类型的数据。地址段的划分通常如下：

主存储器：是用于存储用户程序代码的区域，通常包括FLASH的主要部分，用于存放应用程序。芯片型号中的256K FLASH或512K FLASH指的是这个区域的大小。分页，实质就是FLASH存储器的扇区，与其他FLASH存储器类似，写入数据之前需要先按照扇区进行擦除操作，以确保数据的正确存储和更新。
信息块->启动程序代码:系统存储区是用户不能访问的区域，它在芯片出厂时已经固化了启动代码，它负责实现串口、USB以及CAN等ISP烧录功能。
信息块->用户选择字节：选项字节用于配置FLASH的读写保护、待机/停机复位、软件/硬件看门狗等功能，这部分共16字节。可以通过修改FLASH的选项控制寄存器修改。
闪存存储器接口寄存器:是用于控制和配置STM32微控制器内部闪存存储器的器件存器。这些寄存包括了一系列控制、状态和配置寄存器，用于操作和管理闪存存储器。

具体来说，闪存存储器用于以下目的：

编程和擦除控制：这些寄存器允许您启动和停止闪存编程和擦除操作。通过配置这些寄存器，可以控制何时执行编程和擦除操作以及操作方式。
错误检测和处理：这些寄存器包括错误标志，用于检测和处理闪存编程和擦除过程中的错误。可以读取这些标志以确定操作是否成功或是否出现了错误。
读取和写入保护：这些寄存器允许配置对闪存存储器的读取和写入保护。可设置不同的保护级别，以防止非法访问或是否出现了错误。
时序和时钟控制：这些寄存器用于配置闪存访问的时序和时钟。通过调整这些设置。可以优化闪存存储器的性能和稳定性。

STM32命名及对应的内容不容量

关于STM32内部FLASH的容量类型可根据它的型号名获知：

型号范例	STM32	F	103	Z	E	T	6
家族	“STM32 “表示32bit的MCU
产品类型	“F”表示基础型
具体特性	“103”基础型
引脚数目	“Z”表示144个引脚，
其他常用的为：
C表示48引脚，
R表示64引脚，
V表示100引脚，
Z表示144引脚，
B表示208引脚，
N表示216引脚
FLASH大小	E表示512KB，
其他常用的为：
4表示16KB（小容量ld），
6表示32KB（小容量ld），
8表示64KB（中容量md），
B表示128KB（中容量md），
C表示256 KB（大容量hd），
E表示512 KB（大容量hd），
F表示768KB（超大容量xl），
G表示1024KB（超大容量xl），

内部FLASH的写入过程

STM32F10X内存编程参考手册

1.** 解锁，** 由于内部FLASH空间主要存储的是应用程序，是非常关键的数据，为了防止误操作修改了这些内容，芯片复位后默认会给FLASH上锁，此时，不允许设置FLASH的控制寄存器，并且不能对修改FLASH中的内容。所以对FLASH写入数据前，需要先给它解锁。解锁的操作步骤如下：
• 往Flash 密钥寄存器 FLASH_KEYR中写入 KEY1 = 0x45670123
• 再往Flash 密钥寄存器 FLASH_KEYR中写入 KEY2 = 0xCDEF89AB
**2.擦除扇区，**在写入新的数据前，需要先擦除存储区域，STM32提供了扇区擦除指令和整个FLASH擦除(批量擦除)的指令，批量擦除指令仅针对主存储区。扇区擦除的过程如下：
• 检查 FLASH_SR 寄存器中的“忙碌寄存器位 BSY”，以确认当前未执行任何 Flash 操作；
• 在 FLASH_CR 寄存器中，将“激活页擦除寄存器位PER ”置 1，
• 用FLASH_AR寄存器选择要擦除的页；
• 将 FLASH_CR 寄存器中的“开始擦除寄存器位 STRT ”置 1，开始擦除；
• 等待 BSY 位被清零时，表示擦除完成
3.写入数据 ，擦除完毕后即可写入数据，写入数据的过程并不是仅仅使用指针向地址赋值，赋值前还还需要配置一系列的寄存器，步骤如下：
• 检查 FLASH_SR 中的 BSY 位，以确认当前未执行任何其它的内部 Flash 操作；
• 将 FLASH_CR 寄存器中的 “激活编程寄存器位PG” 置 1；
• 向指定的FLASH存储器地址执行数据写入操作，每次只能以16位的方式写入；
• 等待 BSY 位被清零时，表示写入完成

查看工程的空间分布

由于内部FLASH本身存储有程序数据，若不是有意删除某段程序代码，一般不应修改程序空间的内容，所以在使用内部FLASH存储其它数据前需要了解哪一些空间已经写入了程序代码，存储了程序代码的扇区都不应作任何修改。通过查询应用程序编译时产生的“*.map”后缀文件，可以了解程序存储到了哪些区域。
打开map文件后，查看文件最后部分的区域，可以看到一段以“Memory Map of the image”开头的记录：
这一段是某工程的ROM存储器分布映像，在STM32芯片中，ROM 区域的内容就是指存储到内部FLASH的
代码。

**1.程序ROM的加载与执行空间 ,**在上面map文件的描述中“Load Region LR_ROM1”及“Execution Region ER_IROM1”开头的内容，它们分别描述程序的加载及执行空间。在芯片刚上电运行时，会加载程序及数据，例如它会从程序的存储区域加载到程序的执行区域，还把一些已初始化的全局变量从ROM复制到RAM空间，以便程序运行时可以修改变量的内容。加载完成后，程序开始从执行区域开始执行。我们了解到加载及执行空间的基地址(Base)都是0x08000000，它正好是STM32内部FLASH的首地址，即STM32的程序存储空间就直接是执行空间；它们的大小(Size)分别为0x000017a8及0x0000177c，执行空间的ROM比较小的原因就是因为部分RW-data类型的变量被拷贝到RAM空间了；它们的最大空间(Max)均为0x00080000，即512K字节，它指的是内部FLASH的最大空间。
计算程序占用的空间时，需要使用加载区域的大小进行计算，本例子中应用程序使用的内部FLASH是从0x08000000至(0x08000000+0x000017a8)地址的空间区域。
2. ROM空间分布表 ,在加载及执行空间总体描述之后，紧接着一个ROM详细地址分布表，它列出了工程中的各个段(如函数、常量数据)所在的地址Base Addr及占用的空间 Size，列表中的Type说明了该段的类型，CODE表示代码，DATA表示数据，而 PAD表示段之间的填充区域，它是无效的内容，PAD区域往往是为了解决地址对齐的问题。
观察表中的最后一项，它的基地址是0x0800175c，大小为0x00000020,可知它占用的最高的地址空间为0x0800177c，跟执行区域的最高地址0x0000177c 一样，但它们比加载区域说明中的最高地址0x80017a8要小，所以我们以加载区域的大小为准。对比内部FLASH页地址分布表，可知仅使用页0至页2就可以完全存储本应用程序，所以从页3(地址0x08001800)后的存储空间都可以作其它用途，使用这些存储空间时不会篡改应用程序空间的数据。

Memory Map of the image //存储分布映像

  Image Entry point : 0x08000131 

  Load Region LR_IROM1 (Base: 0x08000000, Size: 0x00006c5c, Max: 0x00080000, ABSOLUTE, COMPRESSED[0x00006784])

    Execution Region ER_IROM1 (Base: 0x08000000, Size: 0x00006758, Max: 0x00080000, ABSOLUTE)

    Base Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object

    0x08000000   0x00000130   Data   RO          368    RESET               startup_stm32f10x_hd.o
    0x08000130   0x00000000   Code   RO          618  * .ARM.Collect$$$$00000000  mc_w.l(entry.o)
    0x08000130   0x00000004   Code   RO          944    .ARM.Collect$$$$00000001  mc_w.l(entry2.o)
    0x08000134   0x00000004   Code   RO          947    .ARM.Collect$$$$00000004  mc_w.l(entry5.o)
    0x08000138   0x00000000   Code   RO          949    .ARM.Collect$$$$00000008  mc_w.l(entry7b.o)
    0x08000138   0x00000000   Code   RO          951    .ARM.Collect$$$$0000000A  mc_w.l(entry8b.o)
    省略....
    0x08006618   0x00000030   Data   RO          917    .constdata          m_ws.l(cos_i.o)
    0x08006648   0x000000c8   Data   RO          935    .constdata          m_ws.l(rred.o)
    0x08006710   0x00000028   Data   RO          939    .constdata          m_ws.l(sin_i.o)
    0x08006738   0x00000020   Data   RO          999    Region$$Table       anon$$obj.o


    Execution Region RW_IRAM1 (Base: 0x20000000, Size: 0x0000bfd0, Max: 0x00010000, ABSOLUTE, COMPRESSED[0x0000002c])

操作内部FLASH的库函数

为简化编程，STM32标准库提供了一些库函数，它们封装了对内部 FLASH写入数据操作寄存器的过程。解锁的时候，它对 FLASH_KEYR寄存器写入两个解锁参数，上锁的时候，对FLASH_CR寄存器的FLASH_CR_LOCK
位置1.

#define FLASH_R_BASE      (AHBPERIPH_BASE + 0x2000) 
#define FLASH             ((FLASH_TypeDef *) FLASH_R_BASE)
#define	FLASH_CR_LOCK     ((uint16_t)0x0080)
#define FLASH_KEY1	      ((uint32_t)0x45670123)
#define FLASH_KEY2        ((uint32_t)0xCDEF89AB)

typedef struct
{
  __IO uint32_t ACR;
  __IO uint32_t KEYR;
  __IO uint32_t OPTKEYR;
  __IO uint32_t SR;
  __IO uint32_t CR;
  __IO uint32_t AR;
  __IO uint32_t RESERVED;
  __IO uint32_t OBR;
  __IO uint32_t WRPR;
#ifdef STM32F10X_XL
  uint32_t RESERVED1[8]; 
  __IO uint32_t KEYR2;
  uint32_t RESERVED2;   
  __IO uint32_t SR2;
  __IO uint32_t CR2;
  __IO uint32_t AR2; 
#endif /* STM32F10X_XL */  
} FLASH_TypeDef;


typedef	struct
{
	_IO uint32_t ACR;
	_IO	uint32_t KEYR;
    _IO	uint32_t OPTKEYR;
    _IO uint32_t SR;
    _IO uint32_t CR;
    
}

/*相关寄存器请查看STM32F10XXX闪存编程参考手册*/


void FLASH Unlock(void)
{
    if((FLASH->CR & FLASH_CR_LOCK)!=RESET) 
    {
        FLASH->KEYR = FLASH_KEY1;
        FLASH->KEYR = FLASH_KEY2;
    }
}

void FLSH_Lock(void)
{
    FLASH->CR | = FLASH_CR_LOK;
}

结构体指针 vs. 宏定义：

结构体指针：在C语言中，结构体指针是一个指向结构体对象的指针。通过结构体指针，您可以访问结构体对象的各个成员，这些成员在内存中是连续存储的。例如，**FLASH_TypeDef *** 是一个指向 FLASH_TypeDef 结构体的指针类型，可以通过它来访问结构体成员。
宏定义：宏定义是一种预处理指令，它在编译时被替换为代码。在这个上下文中，*#define FLASH ((FLASH_TypeDef ) FLASH_R_BASE) 是一个宏定义，它的目的是将 FLASH 视为一个指向 FLASH_TypeDef 结构体的指针，以便在代码中以一种更具可读性的方式访问结构体的成员。

类型强制转换：

*(FLASH_TypeDef ) 部分是一种类型强制转换，它将 FLASH_R_BASE 的地址类型从整数类型转换为 FLASH_TypeDef 结构体指针类型。这使得编译器能够正确地理解 FLASH 是一个指针，从而允许您使用 -> 运算符来访问结构体成员。

连续性：

结构体成员在内存中通常是连续存储的，这意味着结构体的第一个成员的地址和结构体的起始地址是一样的，而后续成员的地址是连续递增的。

成员访问

"."用于直接访问结构体变量的成员
“->用于通过指针间接访问结构体成员”

#include<stdio.h>

struct person
{
    int age;
    char name[32];
}; // 逗号容易忘记

int main()
{
    struct perseon p;
    p.age =20 ; //通过结构体变量访问成员

    stru person *ptr =*p;
    ptr->age =25 ;//通过指针访问结构体成员
        
    return 0;
}

2.设置操作位数及擦除扇区,解锁后擦除扇区时可调用FLASH_EraseSector完成：该函数包含以Page_Address
输入参数获得要擦除的地址。内部根据该参数配置 FLASH_AR地址，然后擦除扇区，擦除扇区的时候需要等
待一段时间，它使用 FLASH_WaitForLastOperation等待，擦除完成的时候才会退出FLASH_EraseSector函
数。

typedef enum
{ 
  FLASH_BUSY = 1,
  FLASH_ERROR_PG,
  FLASH_ERROR_WRP,
  FLASH_COMPLETE,
  FLASH_TIMEOUT
}FLASH_Status;

/**
  * @brief  Erases a specified FLASH page.
  * @note   This function can be used for all STM32F10x devices.
  * @param  Page_Address: The page address to be erased.
  * @retval FLASH Status: The returned value can be: FLASH_BUSY, FLASH_ERROR_PG,
  *         FLASH_ERROR_WRP, FLASH_COMPLETE or FLASH_TIMEOUT.
  */

FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address)
{
  FLASH_Status status = FLASH_COMPLETE;
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_FLASH_ADDRESS(Page_Address));
  status = FLASH_WaitForLastOperation(EraseTimeout);
  
  if(status == FLASH_COMPLETE)
  { 
    /* if the previous operation is completed, proceed to erase the page */
    FLASH->CR|= CR_PER_Set;
    FLASH->AR = Page_Address; 
    FLASH->CR|= CR_STRT_Set;
    
    /* Wait for last operation to be completed */
    status = FLASH_WaitForLastOperation(EraseTimeout);
    
    /* Disable the PER Bit */
    FLASH->CR &= CR_PER_Reset;
  }
#endif /* STM32F10X_XL */

  /* Return the Erase Status */
  return status;
}

这段代码是使用C语言编写的，用于擦除STM32F10x系列微控制器的FLASH存储器中的一个页面。

typedef enum 是一个枚举类型的定义，它定义了一个名为 FLASH_Status 的新类型。这个枚举类型包含了不同的枚举值，表示了FLASH操作的不同状态。这些状态包括 FLASH_BUSY、FLASH_ERROR_PG、FLASH_ERROR_WRP、FLASH_COMPLETE 和 FLASH_TIMEOUT。
FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address) 是一个函数的定义，它用于擦除指定的FLASH页面。这个函数接受一个名为 Page_Address 的参数，表示要擦除的页面的地址。函数返回一个 FLASH_Status 枚举类型的值，表示擦除操作的状态。
FLASH_Status status = FLASH_COMPLETE; 定义了一个名为 status 的局部变量，并将其初始化为 FLASH_COMPLETE，表示初始状态为擦除操作已完成。
assert_param(IS_FLASH_ADDRESS(Page_Address)); 是一个断言语句，用于检查传入的 Page_Address 参数是否是有效的FLASH地址。如果地址无效，将触发断言错误。
status = FLASH_WaitForLastOperation(EraseTimeout); 调用 FLASH_WaitForLastOperation 函数，等待上一个FLASH操作的完成，并将结果存储在 status 变量中。
接下来的条件语句检查 status 是否等于 FLASH_COMPLETE。如果上一个操作已完成，就会执行下面的操作，否则将跳过擦除步骤。
FLASH->CR|= CR_PER_Set; 将 FLASH->CR 寄存器中的 CR_PER_Set 标志位置1，表示要擦除一个FLASH页面。
FLASH->AR = Page_Address; 设置 FLASH->AR 寄存器的值为要擦除的页面地址。
FLASH->CR|= CR_STRT_Set; 设置 FLASH->CR 寄存器的 CR_STRT_Set 标志位，触发擦除操作。
再次调用 FLASH_WaitForLastOperation 等待擦除操作完成。
FLASH->CR &= CR_PER_Reset; 清除 FLASH->CR 寄存器中的 CR_PER_Set 标志位，表示擦除操作已完成。
最后，函数返回 status，它会表示擦除操作的状态，可以是 FLASH_BUSY、FLASH_ERROR_PG、FLASH_ERROR_WRP、FLASH_COMPLETE 或 FLASH_TIMEOUT 中的一个。

当函数需要返回多个可能状态时，使用枚举类型可以提供更清晰的结果。下面是一个简单的C语言示例，演示如何定义一个函数，该函数返回一个枚举类型表示不同的状态：

#include <stdio.h>

// 定义枚举类型表示不同的状态
typedef enum {
    OK,
    ERROR,
    INVALID_INPUT
} Status;

// 示例函数，根据输入返回不同的状态
Status processInput(int input) {
    if (input > 0) {
        return OK;
    } else if (input < 0) {
        return ERROR;
    } else {
        return INVALID_INPUT;
    }
}

int main() {
    int userInput;
    printf("Enter an integer: ");
    scanf("%d", &userInput);

    Status result = processInput(userInput);

    // 根据函数返回的状态进行不同的操作
    switch (result) {
        case OK:
            printf("Input is positive.\n");
            break;
        case ERROR:
            printf("Input is negative.\n");
            break;
        case INVALID_INPUT:
            printf("Input is invalid.\n");
            break;
        default:
            printf("Unknown status.\n");
    }

    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个名为 Status 的枚举类型，它有三个可能的状态：OK、ERROR 和 INVALID_INPUT。然后，我们定义了一个名为 processInput 的函数，该函数接受一个整数输入，并根据输入的不同值返回不同的状态。
在 main 函数中，我们读取用户输入的整数，并将其传递给 processInput 函数，然后根据返回的状态值执行不同的操作，以清晰地表示输入的情况。这种方式可以更好地组织和传达函数的执行结果。

3.写入数据对内部FLASH写入数据不像对SDRAM操作那样直接指针操作就完成了，还
要设置一系列的寄存器，利用FLASH_ProgramWord和FLASH_ProgramHalfWord函
数可按字、半字节单位写入数据：（见下一页PPT）
从函数代码可了解到，使用指针进行赋值操作前设置了PG寄存器位，在赋值操作后，调用了
FLASH_WaitForLastOperation函数等待写操作完毕。HalfWord和Byte操作宽度的函数执行过程类似。

FLASH_Status FLASH_

名词解释

自举程序（Bootloader）是嵌入式系统中的一种特殊程序，通常用于在启动过程中加载、升级或擦写设备的固件。
闪存编程/擦除控制器（FPEC）：FPEC是内置在STM32F10X微控制器中的一个控制器，用于管理主存储器和信息块（通常是FLASH存储器）的写入和擦除操作。这是一个硬件模块，负责处理闪存的编程和擦除。
编程与擦除的高电压：在STM32F10X中，编程和擦除FLASH存储器需要较高的电压，这个高电压是由内部电路产生的。这是因为编程和擦除FLASH存储器需要改变存储单元的状态，而这通常需要较高的电压水平。
闪存存储器的保护方式：STM32F10X提供了两种方式来保护FLASH存储器免受非法访问：
页写入保护：这种保护方式允许您限制对FLASH存储器的特定页的写入操作。只有经过授权的代码才能对受保护的页进行写入操作。这有助于防止未经授权的修改。
读出保护：读出保护是另一种级别的保护，它可以防止从FLASH存储器中读取数据。当启用读出保护时，只有特定区域的代码才能访问FLASH存储器的内容，其他代码将无法读取其中的数据。这可以用于保护固件的安全性。

知识拓展

闪存编程和擦除操作通常需要高电压的原因如下：

Floating Gate Transistor：在闪存存储单元中，通常使用一种特殊的晶体管结构，称为浮栅晶体管（Floating Gate Transistor）。这种晶体管具有两个栅极（Gate），一个用于控制数据的读写，另一个用于保持数据状态。数据状态存储在浮动栅极中。为了改变浮动栅极的状态，需要应用足够的电压以克服电子在栅极之间的障碍，这就需要高电压。
Tunneling Effect：在编程和擦除时，电子需要通过两个栅极之间的氧化层，这涉及到电子的隧道效应。为了使电子能够足够多地穿越氧化层，需要高电压以增加电子的能量，从而使其能够穿越氧化层的能垒。
数据稳定性：闪存存储器设计的一个关键目标是数据的稳定性和长期保持。高电压编程和擦除确保了存储的数据能够长时间保持，不容易受到外部噪声或环境条件的干扰。

电路原理方面，闪存编程和擦除通常涉及一个特殊的电路，用于产生所需的高电压。这个电路通常称为电荷泵电路（Charge Pump Circuit），它可以从低电压源生成较高的电压。电荷泵电路基于电容器的原理，可以逐步将电荷积累，并将其释放为较高的电压。
电荷泵电路可以采用不同的设计和拓扑结构，以适应不同的芯片需求。一旦产生了所需的高电压，它会被应用到浮动栅极上，以执行编程或擦除操作。
总的来说，高电压编程和擦除是确保闪存稳定性和性能的关键因素，因为它们确保了在闪存存储单元内进行可靠的数据状态更改。电荷泵电路是用于生成这些高电压的关键电路之一。

标签：本篇,野火,FLASH,写入,擦除,寄存器,CR,uint32
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