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STM32——Flash闪存

news 2025/9/7 6:52:16

一、Flash简介

二、闪存模块组织

三、Flash基本结构

如何操作控制器FPEC对程序存储器或者选项字节进行擦除和编程呢?

下文就是编程步骤：

四、Flash解锁

五、使用指针访问存储寄存器

六、程序存储器编程(写入)

七、程序存储器页擦除

八、程序存储器全擦除

九、选项字节

9.1选项字节编程

9.2选项字节擦除

十、器件地址签名

十一、读写内部Flash

10.1.程序模块规划

10.2.Flash相关库函数

10.3.底层模块Flash编程

10.4.底层模块三个功能的实现编程

10.5.模块Store代码编程

10.6.模块Store实现数据掉电不丢失

10.7.编程中出现的问题：

十二、读取芯片ID

一、Flash简介

STM32F1系列的FLASH包含程序存储器、系统存储器和选项字节三个部分，通过闪存存储器接口（外设）可以对程序存储器和选项字节进行擦除和编程。之前学习的W25Q64就为一种闪存存储芯片。（之前学习的DMA中，有学习到存储器映像STM32——DMA_code memory-CSDN博客）

Flash存储器用于存储用户的应用程序代码、常量数据以及用户自定义的数据（如参数、配置信息）。它与RAM（运行内存）不同：Flash在断电后数据不会丢失，但写入速度较慢，且需要先擦除（变为0xFF）才能写入。

可以把它想象成电脑的硬盘，而RAM则是内存条。

读写FLASH的用途：

利用程序存储器的剩余空间来保存掉电不丢失的用户数据
通过在程序中编程（IAP/OTA），实现程序的自我更新

在线编程（In-Circuit Programming – ICP）用于更新程序存储器的全部内容，它通过JTAG、SWD协议（仿真器下载程序）或系统加载程序（Bootloader）下载程序（串口下载）

在程序中编程（In-Application Programming – IAP）可以使用微控制器支持的任一种通信接口下载程序

二、闪存模块组织

不同系列的STM32其Flash的组织结构略有不同，但核心思想一致。在闪存编程参考手册内：

主存储器／程序存储器 (Main Memory): 存放代码和数据的地方，容量最大的一块。它被划分为多个页 (Page)．

（之前也有学习过相关知识STM32——SPI通信+W25Q64_w25q 模拟spi,仅2线-CSDN博客）

小容量产品: 每页1KB。３２页
中容量产品: 每页1KB（F3C8为中容量产品１２８页）。页的起始地址末位000/400/800/c00
大容量产品: 每页2KB。２５６页
注意： 对于F4/F7/H7等系列，这个概念变成了扇区 (Sector)，且扇区大小各不相同（有16KB, 32KB, 128KB, 256KB等），擦除操作是以扇区为单位进行的。
信息块 (Information Block):
- 系统存储器／启动程序代码: 存放ST出厂预置的Bootloader程序，用于通过串口、USB等接口下载程序。用户不可修改。
- 选项字节 (Option Bytes)／用户选择字节: 用于配置芯片的硬件特性（如读写保护、看门狗、复位电平等）。我们后面会详细讲。
闪存存储器接口寄存器（闪存管理员）: 用于控制Flash的编程、擦除、上锁等操作。所有对Flash的写/擦除操作，都必须通过操作这些寄存器来完成。

简单来说： 你的程序存放在主存储器的各个页中，对程序的修改（如IAP升级）或存储数据，就需要对指定的页进行擦除和写入操作。

三、Flash基本结构

要操作Flash，主要涉及以下几个关键寄存器：

FLASH_ACR: 闪存访问控制寄存器。用于配置等待周期（与CPU时钟速度相关）、使能预取缓冲区等。
FLASH_KEYR: 闪存密钥寄存器。用于输入解锁序列。
FLASH_OPTKEYR: 选项字节密钥寄存器。用于解锁选项字节。
FLASH_SR: 闪存状态寄存器。用于查看当前操作状态，如是否忙（BSY位）、操作是否完成（EOP位）、是否有写保护错误（WRPRTERR位）等。
FLASH_CR: 闪存控制寄存器。这是最核心的寄存器！
- PG (Programming): 置1启动编程（写入）操作。
- PER (Page Erase): 置1选择页擦除模式。
- MER (Mass Erase): 置1选择全擦除模式。
- STRT (Start): 在页擦除模式下，置1开始擦除操作。
- LOCK: 置1表示Flash被锁定，无法写入/擦除；写0则解锁。
- OPTWRE: 选项字节编程使能位。

所有对Flash的写操作（无论是程序区还是选项字节）都必须遵循严格的解锁 -> 操作 -> 上锁流程。

如何操作控制器FPEC对程序存储器或者选项字节进行擦除和编程呢?

下文就是编程步骤：

四、Flash解锁

为了防止程序“跑飞”意外修改Flash内容，STM32在上电或复位后，Flash控制寄存器(FLASH_CR)是锁定（LOCK位=1） 的。你必须先输入正确的“密钥”序列才能解锁。

FPEC共有三个键值：

RDPRT键 = 0x000000A5(解除读保护)

KEY1 = 0x45670123

KEY2 = 0xCDEF89AB

解锁：

复位后，FPEC被保护，不能写入FLASH_CR(Flash锁)

在FLASH_KEYR先写入KEY1，再写入KEY2，解锁

错误的操作序列会在下次复位前锁死FPEC和FLASH_CR

加锁：

设置FLASH_CR中的LOCK位锁住FPEC和FLASH_CR

重要： 如果密钥写错，会触发一个总线错误，导致芯片锁定，直到下次复位后才能再次尝试解锁。

五、使用指针访问存储寄存器

在C语言中，我们可以通过指针直接访问Flash的任意地址进行读取。写入则需要通过前面提到的寄存器控制。

使用指针读指定地址下的存储器：uint16_t Data = *((__IO uint16_t *)(0x08000000));使用指针写指定地址下的存储器：*((__IO uint16_t *)(0x08000000)) = 0x1234;其中：#define    __IO    volatile//防止编译器优化

读取示例：#define FLASH_START_ADDR 0x08000000 // Flash起始地址// 读取Flash地址0x08001000处的半字（16位数据）
uint16_t read_data;
uint16_t *flash_ptr = (uint16_t*)(FLASH_START_ADDR + 0x1000);
read_data = *flash_ptr; // 直接解引用指针读取// 读取字（32位数据）
uint32_t *flash_ptr32 = (uint32_t*)(FLASH_START_ADDR + 0x1000);
uint32_t read_data32 = *flash_ptr32;写入/擦除： 绝不能使用 *flash_ptr = 0x1234; 这样的方式直接写！必须通过配置FLASH_CR寄存器来启动官方规定的编程过程。

六、程序存储器编程(写入)

写入（编程）操作只能将Flash中的位从 ‘1’ 变为 ‘0’ 。

如果想把‘0’变回‘1’，必须进行擦除操作（将整个页/扇区恢复为0xFF）。

标准库编程步骤（以半字16位写入为例）：

解锁 Flash。

等待 FLASH_SR中的BSY（忙）位为0，确保当前没有其他Flash操作。

在FLASH_CR中设置PG位为1，启用编程模式。

向目标地址写入一个半字（16位数据,使用指针写指定地址的数据）。

等待 BSY位变为0，表示写入完成。

检查 EOP（操作完成）标志位，如果置起则表示成功（可选，但建议）。

清除 EOP标志位（通过写1清零）。

清除PG位，退出编程模式。

重新上锁 Flash（可选，但为安全起见建议上锁）。

七、程序存储器页擦除

擦除是以页（或扇区） 为最小单位进行的，擦除后整个页的内容变为0xFFFFFFFF。

标准库页擦除步骤：

解锁 Flash。

等待 BSY位为0。

在FLASH_CR中设置PER位为1，选择页擦除模式。

在FLASH_AR寄存器中写入要擦除的页的起始地址

设置FLASH_CR中的STRT位为1，启动擦除。

等待 BSY位变为0。

检查 EOP标志，并清除它。

清除PER位。

上锁 Flash。

八、程序存储器全擦除

全擦除会擦除整个主存储区的所有内容，选项字节区不受影响。请谨慎使用！

步骤：

读取LOCK位,若=1,解锁Flash,先执行KEY1再执行KEY2。在库函数中,都是直接解锁Flash,无读取步骤.

等待BSY=0。

设置FLASH_CR中的MER位为1。

设置STRT位为1(触发条件)。

等待BSY=0。

清除MER位。

上锁。

九、选项字节

有些存储器前＋n,意思是:在xxx写入数据时,要同时在nxxx写入数据的反码,此存储数据有效

RDP（Read Protection）：写入RDPRT键（0x000000A5）后解除读保护

USER：用户配置，配置硬件看门狗和进入停机/待机模式是否产生复位

Data0/1：用户可自定义使用的俩个字节，通常用于存储产品序列号

WRP0/1/2/3（Write Protection）：配置写保护，每一个位对应保护4个存储页（中容量）

9.1选项字节编程

操作选项字节也需要先解锁（使用不同的密钥），并且操作会立即生效，有时会引发系统复位。

检查FLASH_SR的BSY位，以确认没有其他正在进行的编程操作
解锁FLASH_CR的OPTWRE位
设置FLASH_CR的OPTPG位为1
写入要编程的半字到指定的地址
等待BSY位变为0
读出写入的地址并验证数据

9.2选项字节擦除

操作选项字节也需要先解锁（使用不同的密钥），并且操作会立即生效，有时会引发系统复位。

检查FLASH_SR的BSY位，以确认没有其他正在进行的闪存操作
解锁FLASH_CR的OPTWRE位(解锁选项字节)
设置FLASH_CR的OPTER位为1(擦除选项字节)
设置FLASH_CR的STRT位为1(触发芯片)
等待BSY位变为0
读出被擦除的选择字节并做验证

十、器件地址签名

电子签名存放在闪存存储器模块的系统存储区域，包含的芯片识别信息在出厂时编写，不可更改，使用指针读指定地址下的存储器可获取电子签名

闪存容量寄存器：

基地址：0x1FFF F7E0

大小：16位

产品唯一身份标识寄存器：

基地址： 0x1FFF F7E8

大小：96位

十一、读写内部Flash

10.1.程序模块规划

三个程序设计-代码整体规划：
1.最底层建立模块MyFlash：实现闪存最基本的3个功能：读取、擦除、编程
2.在MyFlash上建一个模块Store：
实现参数数据的读写和存储管理：
定义SRAM数组，将掉电不丢失的数据存入；
后调用保存函数，SRAM数组自动备份到闪存中；
上电后，Store初始化，会自动把闪存里数据读回到SRAM数组
此为闪存管理策略
3.在应用层main：实现任意读写参数，并且这些参数是掉电不丢失
想保存参数，就写到Store层数组，再调用保存函数，备份到闪存

10.2.Flash相关库函数

1.解锁Flash
void FLASH_Unlock(void);
2.加锁Flash
void FLASH_Lock(void);
3.闪存擦除某一页，参数给起始地址，有返回执行状态
FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address);
4.闪存全擦除
FLASH_Status FLASH_EraseAllPages(void);
5.擦除选项字节
FLASH_Status FLASH_EraseOptionBytes(void);

6.写入全字
FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data);
7.写入半字
FLASH_Status FLASH_ProgramHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data);

8.选项字节的写入
FLASH_Status FLASH_ProgramOptionByteData(uint32_t Address, uint8_t Data);
9.选项字节的读保护
FLASH_Status FLASH_EnableWriteProtection(uint32_t FLASH_Pages);
10.选项字节的写保护
FLASH_Status FLASH_ReadOutProtection(FunctionalState NewState);
11.选项字节的用户选项的三个配置位
FLASH_Status FLASH_UserOptionByteConfig(uint16_t OB_IWDG, uint16_t OB_STOP, uint16_t OB_STDBY);

获取选项字节的当前状态
12.获取用户选项的三个配置位
uint32_t FLASH_GetUserOptionByte(void);
13.获取写保护状态
uint32_t FLASH_GetWriteProtectionOptionByte(void);
14.获取读保护状态
FlagStatus FLASH_GetReadOutProtectionStatus(void);

15.中断使能
void FLASH_ITConfig(uint32_t FLASH_IT, FunctionalState NewState);
16.获取标志位
FlagStatus FLASH_GetFlagStatus(uint32_t FLASH_FLAG);
17.清除标志位
void FLASH_ClearFlag(uint32_t FLASH_FLAG);
18.获取状态
FLASH_Status FLASH_GetStatus(void);
19.等待上一次操作（等待忙 BSY=0）
FLASH_Status FLASH_WaitForLastOperation(uint32_t Timeout);

10.3.底层模块Flash编程

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
/*
在模块内实现擦除，读取，编程三个功能
Flash不需要初始化，直接写读取部分
1.读取32位字,在STM32中，所有地址都是hi32位
2.读取16位半字
3.读取8位字节其中，地址必须为32位，与指针的类型是32位16位还是8位无关
因为地址是门牌号，比如flash的起始地址08000000，只有32位的变量才能够存得下这么大的门牌号
*(__IO uint16_t*)只是将Address强制转换为一个指针， 该指针指向的数据对象为 uint16_t,即规定该地址开始的16位“数据存储空间”，并非Address转成16位
指针的类型是用来对所指向地址的解释，比如取指向开始的32位、16位等。另外在对指针加减时， 指针的类型也会影响结果
指针变量存放的是首地址，如果你读取是byte,巧了，一个32位的地址下就是一个byte,但你要一个word,就是要4个byte, 首地址下的数据自然达不到你要求，那个传过去的首地址会自动向下加1，直到找到连续的四个地址，那存放的正好为一个word。这也就是 char* short* int*存在的意义，指引CPU找几个地址。
*/uint32_t MyFlash_ReadWord(uint32_t Address)
{return *((__IO uint32_t *)(Address));
}uint32_t MyFlash_ReadHalfWord(uint32_t Address)
{return *((__IO uint16_t *)(Address));
}uint32_t MyFlash_ReadByte(uint32_t Address)
{return *((__IO uint8_t *)(Address));
}
/*
擦除功能
1.全擦除：解锁Flash；调用库函数；锁Flash
2.页擦除：给定指定页地址，解锁Flash；调用库函数；锁Flash
*/void MyFlash_EraseAllPage(void)
{FLASH_Unlock();FLASH_EraseAllPages();FLASH_Lock();
}void MyFlash_EraseSomeOnePage(uint32_t PageAddress)
{FLASH_Unlock();FLASH_ErasePage(PageAddress);FLASH_Lock();
}/*
编程功能
1.写入一个字：解锁Flash，32位数据和地址，锁Flash
2.写入一个半字：解锁Flash，32位地址和16位数据，锁Flash
*/void MyFlash_WriteProgramWord(uint32_t Address,uint32_t Data)
{FLASH_Unlock();FLASH_ProgramWord(Address,Data);FLASH_Lock();}void MyFlash_WriteProgramHalfWord(uint32_t Address,uint16_t Data)
{FLASH_Unlock();FLASH_ProgramHalfWord(Address,Data);FLASH_Lock();}

10.4.底层模块三个功能的实现编程

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MyFlash.h"
#include "key.h"uint8_t key;
int main(void)
{	OLED_Init();key_scan();OLED_ShowHexNum(1,1,MyFlash_ReadWord(0x08000000),8);OLED_ShowHexNum(2,1,MyFlash_ReadHalfWord(0x08000000),4);OLED_ShowHexNum(3,1,MyFlash_ReadByte(0x08000000),2);/*在最后一页0x0800 FC00进行编程操作写入之前一定要擦除：调用页擦除在ST—Link utility可在相关页看到写入的数据*/MyFlash_EraseSomeOnePage(0x0800FC00);MyFlash_WriteProgramWord(0x0800FC00,0x12345678);MyFlash_WriteProgramHalfWord(0x0800FC00,0x1234);while(1){key=key_init();if(key==1){MyFlash_EraseAllPage();}if(key==2){MyFlash_EraseSomeOnePage(0x08000000);}//在按下按键前，按下复位键键，OLED显示屏刷新//按下按键，再次按下复位键OLED显示屏不刷新。//可知按下按键，程序文件已经不复存在。而OLED显示的数值并没有消失，是因为OLED里面有显存，可以保存最后一次显示的内容。//此时可以选择断电重新上电，可发现OLED显示屏没有任何内容，这是闪存全部擦除的现象。//重新编程，按下擦除某一页的按键，发现重新按下复位键键，OLED显示屏也没有刷新，说明现在程序是损坏的，没法运行。//但是通过ST-Link utility,可查询到第一页是被擦除的，但是后面一页的内容还是存在。}
}

10.5.模块Store代码编程

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MyFlash.h"
/*
实现参数掉电不丢失的存储
在store模块用sram缓存数组来管理flash的最后一页，实现参数的任意读写和保存。
由于闪存每次都是擦除再写入，擦除之后还容易丢失数据。
因此想要灵活管理数据还是要靠sram数组，需要备份的时候再统一转到闪存里。
*///定义SRAM数组，大容量产品 每页2KB，共256页，数组大小给512，确保不会溢出
uint16_t Store_Data[512];
//①将闪存初始化，若第1次使用代码闪存默认全是ff,而参数和sram一般都默认0。因此第1次使用要给闪存的各个参数都置0。
/*
如何判断是不是第1次使用？
定义一个标志位把闪存最后一页的第一个半字当作标志位判断
若是第1次使用先擦除页，在起始位置写入规定的标志位，后将其余的位置为默认值0。
注意一个半字占用两个地址。
*/
void Store_Init(void)
{if(MyFlash_ReadHalfWord(0x0800FC00)!=0xA5A5){MyFlash_EraseSomeOnePage(0x0800FC00);MyFlash_WriteProgramHalfWord(0x0800FC00,0xA5A5);for(uint16_t i=1;i<512;i++){MyFlash_WriteProgramHalfWord(0x0800FC00+i*2,0x0000);}}//②上电时，将闪存数据全部转存到sram数组。转存数组的过程，是上电时恢复数据，实现数据掉电不丢失。
/*
之后想存储掉电不丢失的参数时，先任意更改数组，除了标志位的其他数据，更改好之后，将数组整体备份到闪存的最后一页。
*/for(uint16_t i=1;i<512;i++){Store_Data[i]=MyFlash_ReadHalfWord(0x0800FC00+i*2);}
}
//③备份保存。擦除最后一页。将数组完全备份保存到闪存最后一页中。void Store_Save(void)
{MyFlash_EraseSomeOnePage(0x0800FC00);for(uint16_t i=1;i<512;i++){MyFlash_WriteProgramHalfWord(0x0800FC00+i*2,Store_Data[i]);}
}
//④清除数据：数据掉电不丢失，不方便数据全部清0void Store_Clear(void)
{for(uint16_t i=1;i<512;i++){Store_Data[i]=0x0000;}Store_Save();//每次更改玩数组，都要保存到Flash里
}
/*
参数保存整体思路梳理：
在闪存最后一页，直接对它读写，不方便效率低且容易丢失数据
在sram中定义一个数组，为闪存的分身，再读写任何数据，直接对sram操作。
但是sram掉电丢失，因此需要闪存的配合。
SRAM数组每次更改后，都把数组整体备份到闪存里；
在上电的时候再把闪存里的数据，初始化加载，回到SRAM里。
SRAM数组相当于掉电不丢失
为了判断闪存是不是之前保存过数据，需要一个标志位来配合。
如果标志位是A5A5,说明闪存已经保存过数据，上电就直接加载回备份的数据。
如果标志位不是A5A5,说明闪存是第1次使用，先初始化再加载数据.
*/

10.6.模块Store实现数据掉电不丢失

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"#include "key.h"
#include "Store.h"uint8_t key;
int main(void)
{	OLED_Init();key_scan();Store_Init();//第一次使用初始化闪存，后把闪存备份的数据加载会SRAM数组，实现数组掉电不丢失OLED_ShowString(1,1,"Flag:");OLED_ShowString(2,1,"Data:");while(1){key=key_init();if(key==1){Store_Data[1]++;Store_Data[2]+=2;Store_Data[3]+=3;Store_Data[4]+=4;Store_Save();}if(key==2){Store_Clear();}OLED_ShowHexNum(1,6,Store_Data[0],4);OLED_ShowHexNum(3,1,Store_Data[1],4);OLED_ShowHexNum(3,6,Store_Data[2],4);OLED_ShowHexNum(4,1,Store_Data[3],4);OLED_ShowHexNum(5,6,Store_Data[4],4);}
}

10.7.编程中出现的问题：

目前的闪存前面一部分存储的是程序文件，最后一页存储的是用户数据。

目前的假设是程序文件比较小，最后一页肯定没有用到。

若程序文件比较大，触及到了最后一页，那么程序和用户数据存储的位置就冲突了。

如何解决这个问题？

我们给程序文件限定一个存储范围，不让他分配到后面我们用户数据的空间来。

工程选项→编译器内为各个数据分配的空间地址和范围→程序空间的size改小0xFC00

如何得知自己的程序文件大小？

若想知道自己的程序文件大小，给文件编程一下。在program size中前三个数相加得到的是程序占用闪存的大小，后两个数相加得到的是占用sram的大小。也可以双击Target1，打开.map文件，在最后，程序的大小已经算出。倒数第2行是SRAM的大小，最后一行是闪存的大小。

十二、读取芯片ID

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
int main(void)
{	OLED_Init();OLED_ShowString(1,1,"F_SIZE:");OLED_ShowHexNum(1,8,*((__IO uint16_t *)(0x1FFFF7E0)),4);//闪存容量寄存器OLED_ShowString(1,1,"U_ID:");OLED_ShowHexNum(2,6,*((__IO uint16_t *)(0x1FFFF7E8)),4);OLED_ShowHexNum(2,11,*((__IO uint16_t *)(0x1FFFF7E8+0x02)),4);//基地址偏移OLED_ShowHexNum(3,1,*((__IO uint16_t *)(0x1FFFF7E8+0x04)),4);//基地址偏移OLED_ShowHexNum(4,1,*((__IO uint32_t *)(0x1FFFF7E8+0x08)),4);//基地址偏移while(1){}
}

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