對STM32的flash進行操作的一些要點

說到STM32的flash，我們的第一反應是用來裝程序的，實際上，STM32的片內FLASH不僅用來裝程序，還用來裝芯片配置、芯片ID、自舉程序等等。當然， FLASH還可以用來裝數據。

FLASH分類
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(jié)。 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程序（BootLoader），當使用ISP方式加載程序時，就是由這個程序執(zhí)行。這個區(qū)域由芯片廠寫入BootLoader，然后鎖死，用戶是無法改變這個區(qū)域的。 選項字節(jié)存儲芯片的配置信息及對主存儲塊的保護信息。
FLASH的頁面
STM32的FLASH主存儲塊按頁組織，有的產品每頁1KB，有的產品每頁2KB。頁面典型的用途就是用于按頁擦除FLASH。從這點來看，頁面有點像通用FLASH的扇區(qū)。
STM32產品的分類
STM32根據FLASH主存儲塊容量、頁面的不同，系統存儲器的不同，分為小容量、中容量、大容量、互聯型，共四類產品。
小容量產品主存儲塊1-32KB， 每頁1KB。系統存儲器2KB。
中容量產品主存儲塊64-128KB， 每頁1KB。系統存儲器2KB。
大容量產品主存儲塊256KB以上， 每頁2KB。系統存儲器2KB。
互聯型產品主存儲塊256KB以上， 每頁2KB。系統存儲器18KB。
對于具體一個產品屬于哪類，可以查數據手冊，或根據以下簡單的規(guī)則進行區(qū)分：
STM32F101xx、STM32F102xx 、STM32F103xx產品，根據其主存儲塊容量，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行編程，一般需要一個自舉程序（BootLoader）來執(zhí)行。ISP也有叫ICP（In Circuit Programming）、在電路編程、在線編程。 IAP（In Application Programming）在應用中編程，是指最終產品出廠后，由最終用戶在使用中對用戶程序部分進行編程，實現在線升級。IAP要求將程序分成兩部分：引導程序、用戶程序。引導程序總是不變的。IAP也有叫在程序中編程。 ISP與IAP的區(qū)別在于，ISP一般是對芯片整片重新編程，用的是芯片廠的自舉程序。而IAP只是更新程序的一部分，用的是電器廠開發(fā)的IAP引導程序。綜合來看，ISP受到的限制更多，而IAP由于是自己開發(fā)的程序，更換程序的時候更容易操作。

FPEC
FPEC(FLASH Program/Erase controller 閃存編程/擦除控制器)，STM32通過FPEC來擦除和編程FLASH。FPEC使用7個寄存器來操作閃存：

FPEC鍵寄存器(FLASH_KEYR) 寫入鍵值解鎖。
選項字節(jié)鍵寄存器(FLASH_OPTKEYR) 寫入鍵值解鎖選項字節(jié)操作。
閃存控制寄存器(FLASH_CR) 選擇并啟動閃存操作。
閃存狀態(tài)寄存器(FLASH_SR) 查詢閃存操作狀態(tài)。
閃存地址寄存器(FLASH_AR) 存儲閃存操作地址。
選項字節(jié)寄存器(FLASH_OBR) 選項字節(jié)中主要數據的映象。
寫保護寄存器(FLASH_WRPR) 選項字節(jié)中寫保護字節(jié)的映象。

鍵值
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，這些數值稱為鍵值。STM32的FLASH共有三個鍵值：
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，這稱為閃存鎖。
當LOCK位為1時，閃存鎖有效，只有向FLASH_KEYR依次寫入KEY1、KEY2后，LOCK位才會被硬件清零，從而解除閃存鎖。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，可以進行解鎖。解鎖后，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
主存儲塊可以按頁擦除，也可以整片擦除。
頁擦除
主存儲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。以確認沒有其他正在進行的閃存操作。必須等待BSY位為0，才能繼續(xù)操作。
2．設置FLASH_CR寄存器的PER位為1。選擇頁擦除操作。
3．設置FLASH_AR寄存器為要擦除頁所在地址，選擇要擦除的頁。FLASH_AR的值在哪一頁范圍內，就表示要擦除哪一頁。
4．設置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?yōu)?，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主存儲塊，信息塊不受此操作影響。 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，以確認沒有其他正在進行的閃存操作。
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FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時，表示操作成功。
6．讀出所有頁并做驗證。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入16位。當FLASH_CR寄存器的PG位為1時，在一個閃存地址寫入一個半字（16位）將啟動一次編程；寫入任何非半字的數據，FPEC都會產生總線錯誤。在編程過程中(BSY位為1時)，任何讀寫閃存的操作都會使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行編：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認沒有其他正在進行的編程操作。
2．設置FLASH_CR寄存器的PG位為1。選擇編程操作。
3．在指定的地址寫入要編程的半字。直接用指針寫。
4．等待FLASH_SR寄存器的BSY位變?yōu)?，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．讀出寫入的地址并驗證數據。
關于主存儲塊擦除編程操作的一些疑問
1． 為什么每次都要檢查BSY位是否為0？
因為BSY位為1時，不能對任何FPEC寄存器執(zhí)行寫操作，所以必須要等BSY位為0時，才能執(zhí)行閃存操作。
2． 如果沒有擦除就進行編程，會出現什么結果？
STM32在執(zhí)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，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，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?。?，可能根本就沒有執(zhí)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，操作后都要讀出所有數據檢查。
4． 等待BSY位為1的時間以多少為合適？
請參考STM32固件庫中的數據。
5． FLASH編程手冊上說進行閃存操作（擦除或編程）時，必須打開內部的RC振蕩器(HSI)，是不是一定要用HIS進行閃存的擦除及編程操作？
對于這點，我的理解是，進行閃存操作時，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復位后，HIS默認是開的，只要你不為了低功耗去主動關閉它，則用什么時鐘都可以進行閃存操作的。我所編的程序也驗證了這一點。
選項字節(jié)
選項字節(jié)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產品，選項字節(jié)都是16字節(jié)。但是這16字節(jié)，每兩個字節(jié)組成一個正反對，即，字節(jié)1是字節(jié)0的反碼，字節(jié)3是字節(jié)2的反碼，．．．，字節(jié)15是字節(jié)14的反碼，所以，芯片使用者只要設置8個字節(jié)就行了，另外8個字節(jié)系統自動填充為反碼。因此，有時候，也說STM32的選項字節(jié)是8個字節(jié)，但是占了16字節(jié)的空間。選項字節(jié)的8字節(jié)正碼概述如下：
RDP 字節(jié)0。讀保護字節(jié)，存儲對主存儲塊的讀保護設置。
USER 字節(jié)2。用戶字節(jié)，配置看門狗、停機、待機。
Data0 字節(jié)4。數據字節(jié)0，由芯片使用者自由使用。
Data1 字節(jié)6。數據字節(jié)1，由芯片使用者自由使用。
WRP0 字節(jié)8。寫保護字節(jié)0，存儲對主存儲塊的寫保護設置。
WRP1 字節(jié)10。寫保護字節(jié)1，存儲對主存儲塊的寫保護設置。
WRP2 字節(jié)12。寫保護字節(jié)2，存儲對主存儲塊的寫保護設置。
WRP3 字節(jié)14。寫保護字節(jié)3，存儲對主存儲塊的寫保護設置。
選項字節(jié)寫使能
在FLASH_CR中，有一個OPTWRE位，該位為0時，不允許進行選項字節(jié)操作（擦除、編程）。這稱為選項字節(jié)寫使能。只有該位為1時，才能進行選項字節(jié)操作。 該位不能軟件置1，但可以軟件清零。只有向FLASH_OPTKEYR依次寫入KEY1和KEY2后，硬件會自動對該位置1，此時，才允許選項字節(jié)操作。這稱為解鎖（打開）選項字節(jié)寫使能。該位為1后，可以由軟件清零，關閉寫使能。復位后，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，則又可以打開寫使能。寫使能已打開時，再次打開，不會出錯，并且依然是打開的。 很顯然，進行選項字節(jié)操作前，先要解開閃存鎖，然后打開選項字節(jié)寫使能，之后，才能進行選項字節(jié)操作。
選項字節(jié)擦除
建議使用如下步驟對選項字節(jié)進行擦除：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認沒有其他正在進行的閃存操作。
2．解鎖FLASH_CR寄存器的OPTWRE位。即，打開寫使能。
3．設置FLASH_CR寄存器的OPTER位為1。選擇選項字節(jié)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FLASH_SR寄存器的EOP位，EOP為1時，表示操作成功。
7．讀出選項字節(jié)并驗證數據。
由于選項字節(jié)只有16字節(jié)，因此，擦除時是整個選項字節(jié)都被擦除了。
選項字節(jié)編程
建議使用如下步驟對選項字節(jié)進行編程：
1．檢查FLASH_SR寄存器的BSY位，以確認沒有其他正在進行的編程操作。
2．解鎖FLASH_CR寄存器的OPTWRE位。即，打開寫使能。
3．設置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?yōu)?，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．讀出寫入的選項字節(jié)并驗證數據。 對選項字節(jié)編程時，FPEC使用半字中的低字節(jié)并自動地計算出高字節(jié)(高字節(jié)為低字節(jié)的反碼)，并開始編程操作，這將保證選項字節(jié)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行讀保護、寫保護。 讀保護用于保護數據不被非法讀出。防止程序泄密。
寫保護用于保護數據不被非法改寫，增強程序的健壯性。
讀保護
主存儲塊啟動讀保護后，簡單的說具有以下特性：
1．從主存儲塊啟動的程序，可以對整個主存儲塊執(zhí)行讀操作，不允許對主存儲塊的前4KB進行擦除編程操作，可以對4KB之后的區(qū)域進行擦除編程操作。
2．從SRAM啟動的程序，不能對主存儲塊進行讀、頁擦除、編程操作，但可以進行主存儲塊整片擦除操作。
3．使用調試接口不能訪問主存儲塊。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(jié)的值為RDPRT鍵值時，讀保護才被關閉，否則，讀保護就是啟動的。因此，擦除選項字節(jié)的操作，將啟動主存儲塊的讀保護。如果要關閉讀保護，必須將RDP選項字節(jié)編程為RDPRT鍵值。并且，如果編程選項字節(jié)，使RDP由非鍵值變?yōu)殒I值（即由保護變?yōu)榉潜Ｗo）時，STM32將會先擦除整個主存儲塊，再編程RDP。芯片出廠時，RDP會事先寫入RDPRT鍵值，關閉寫保護功能。
寫保護
STM32主存儲塊可以分域進行寫保護。如果試圖對寫保護的域進行擦除或編程操作，在閃存狀態(tài)寄存器(FLASH_SR)中會返回一個寫保護錯誤標志。STM32主存儲塊每個域4KB，WRP0-WRP3選項字節(jié)中的每一位對應一個域，位為0時，寫保護有效。對于超過128KB的產品，WRP3．15保護了域31及之后的所有域。顯然，擦除選項字節(jié)將導致解除主存儲塊的寫保護。
選項字節(jié)與它的寄存器映象
我們知道，FPEC有兩個寄存器存儲了選項字節(jié)的映象。那么，選項字節(jié)本體（在FLASH中）與映象（在寄存器中）究竟有什么區(qū)別呢？
選項字節(jié)的本體只是個FLASH，它的作用只是掉電存儲選項字節(jié)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，不會立即生效，只有復位加載到映象中后，才會生效。 有一點要注意的是，當更改本體的值，使主存儲塊讀保護變?yōu)椴槐Ｗo時，會先擦除整片主存儲塊，然后再改變本體。這是唯一一個改變本體會引發(fā)的動作。但即使這樣，讀保護依然要等到復位后，加載到映象后，才會解除。
關于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(jié)編程一節(jié)中：
對FPEC解鎖后，必須分別寫入KEY1和KEY2(見2.3.1節(jié))到FLASH_OPTKEYR寄存器，再設置FLASH_CR寄存器的OPTWRE位為’1’，此時可以對選項字節(jié)進行編程
實際上，對FLASH_OPTKEYR寫入KEY1和KEY2后，OPTWRE位會被硬件置1，而不是用軟件寫1。這一點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法理解。正確的應該是，RDP為RDPRT鍵值時，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編寫錯誤標志位
// FLASH_FLAG_WRPRTERR FLASH頁面寫保護錯誤標凈
**********************************************************************************/
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容量2K，即2048字節(jié)，255表示芯片的最后一頁，這個根據不同芯片而定。之所以從后面頁寫起可以防止儲存數據破壞用戶程序。addr*2是因為每個數據占用2字節(jié)（半字），雖然寫入的是1字節(jié)數據，但是編程是2字節(jié)為單位，也就是說一個字節(jié)的數據也會占用兩個字節(jié)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
我在實際的項目中發(fā)現，在對flash進行寫操作時要關閉所有中斷，關于這一點是否是必須的，我沒有去進一步了解和驗證。