STM32F103 读写内部FLASH

STM32F103C8T6最小系统开发板使用HAL固件库读写内部FLASH

本文将介绍如何使用STM32F103C8T6最小系统开发板，利用HAL固件库实现对内部FLASH的读写操作。通过详细的硬件设计、FLASH读写原理、软件设计及操作步骤，帮助大家快速上手。

1.硬件设计

1.1 内部FLASH存储器简介

在STM32芯片内部有一个FLASH存储器，它主要用于存储代码。
我们在电脑上编写好应用程序后，使用下载器把编译后的代码文件烧录到该内部FLASH中。
由于FLASH存储器的内容在掉电后不会丢失，芯片重新上电复位后，内核可从内部FLASH中加载代码并运行。

STM32的内部框架图
图：STM32的内部框架图

除了使用外部的工具（如下载器）读写内部FLASH外，STM32芯片在运行的时候，也能对自身的内部FLASH进行读写。
因此，若内部FLASH存储了应用程序后还有剩余的空间，我们可以把它像外部SPI-FLASH那样利用起来，存储一些程序运行时产生的需要掉电保存的数据。

由于访问内部FLASH的速度要比外部的SPI-FLASH快得多，所以在紧急状态下常常会使用内部FLASH存储关键记录；
为了防止应用程序被抄袭，有的应用会禁止读写内部FLASH中的内容，或者在第一次运行时计算加密信息并记录到某些区域，然后删除自身的部分加密代码，这些应用都涉及到内部FLASH的操作。

1.2 内部FLASH存储区

STM32的内部FLASH包含主存储器、系统存储器以及选项字节区域，它们的地址分布及大小见 表

区域 名称 块地址 大小
主存储器 页0 0x0800 0000 - 0x0800 07FF 2 Kbytes
. 页1 0x0800 0800 - 0x0800 0FFF 2 Kbytes
. 页2 0x0800 1000 - 0x0800 17FF 2 Kbytes
. 页3 0x0800 1800 - 0x0800 FFFF 2 Kbytes
. . . .
. . . .
. 页255 0x0807 F800 - 0x0807 FFFF 2 Kbytes
系统存储区 . 0x1FFF F000 - 0x1FFF F7FF 2 Kbytes
选项字节 . 0x1FFF F800 - 0x1FFF F80F 16 bytes

STM32F103C8T6的内部FLASH存储器分为程序存储区和数据存储区。
程序存储区的起始地址通常是0x08000000，
数据存储区用于存放用户数据，起始地址通常是0x0801F000。

1.主存储器

一般我们说STM32内部FLASH的时候，都是指这个主存储器区域，它是存储用户应用程序的空间，芯片型号说明中的256K FLASH、512K FLASH都是指这个区域的大小。

主存储器分为256页，每页大小为2KB，共512KB。这个分页的概念，实质就是FLASH存储器的扇区，与其它FLASH一样，在写入数据前，要先按页（扇区）擦除。

芯片命名规则

  1. 型号范例： STM32 F 103 Z E T 6
  2. 家族：“STM32 “表示32bit的MCU
  3. 产品类型：“F”表示基础型
  4. 具体特性：“103”基础型
  5. 引脚数目：“Z”表示144个引脚， 其他常用的为：
    • C ：48 引脚
    • R ：64 引脚
    • V ：100 引脚
    • Z ：144 引脚
    • B ：208 引脚
    • N ：216 引脚
  6. FLASH大小：E表示512KB， 其他常用的为：
    • 4：16 KB（小容量ld）
    • 6：32 KB（小容量ld）
    • 8：64 KB（中容量md）
    • B：128 KB（中容量md）
    • C：256 KB（大容量hd）
    • E：512 KB（大容量hd）
    • F：768 KB（超大容量xl）
    • G：1024 KB（超大容量xl）
  7. 封装：“T”表示QFP封装，这个是最常用的封装
  8. 温度：“6”表示温度等级为A ：-40~85°

2.系统存储区

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。

3.选项字节

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。

  1. 电源连接：确保为STM32F103C8T6开发板提供稳定的电源。
  2. 下载工具：使用STLink-V2进行程序下载和调试。

2.读写内部FLASH原理

2.1 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。

工程的.map文件

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

 =========================================================
 Memory Map of the image //存储分布映像

 Image Entry point : 0x08000131
 /*程序ROM的加载空间*/
 /*
 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。
 */
 /*
 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。
  */
 Load Region LR_IROM1 (Base: 0x08000000, Size: 0x000017a8, Max: 0x00080000, ABSOLUTE)
 /*程序ROM的执行空间*/
 Execution Region ER_IROM1 (Base: 0x08000000, Size: 0x0000177c, Max: 0x00080000, ABSOLUTE)
 /*地址分布列表*/
 /**
 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。
  */
 Base Addr    Size         Type   Attr        Idx    E Section Name            Object

 0x08000000   0x00000130   Data   RO            3    RESET                     startup_stm32f10x_hd.o
 0x08000130   0x00000000   Code   RO          479  * .ARM.Collect$$$$00000000  mc_w.l(entry.o)
 0x08000130   0x00000004   Code   RO          742    .ARM.Collect$$$$00000001  mc_w.l(entry2.o)
 0x08000134   0x00000004   Code   RO          745    .ARM.Collect$$$$00000004  mc_w.l(entry5.o)
 /*...此处省略大部分内容*/
 0x080016e8   0x00000024   Code   RO          772    .text                     mc_w.l(init.o)
 0x0800170c   0x00000010   Code   RO          483    i.__0printf$bare          mc_w.l(printfb.o)
 0x0800171c   0x0000000e   Code   RO          784    i.__scatterload_copy      mc_w.l(handlers.o)
 0x0800172a   0x00000002   Code   RO          785    i.__scatterload_null      mc_w.l(handlers.o)
 0x0800172c   0x0000000e   Code   RO          786    i.__scatterload_zeroinit  mc_w.l(handlers.o)
 0x0800173a   0x00000022   Code   RO          490    i._printf_core            mc_w.l(printfb.o)
 0x0800175c   0x00000020   Data   RO          782    Region$$Table             anon$$obj.o

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。

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 【程序执行地址空间】，
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 【程序加载地址空间】要小，所以我们以加载区域的大小为准。

对比上表内部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。

FLASH的读写需要在特定的操作模式下进行，并且在写入数据时，必须先解锁FLASH写入保护。
每次写入FLASH后，必须等待完成标志才能继续进行其他操作。

3.软件设计

在软件层面，通过HAL固件库的函数进行FLASH的读写操作。
以下是详细的操作步骤和代码示例。

1. 解锁FLASH写保护

在进行FLASH写操作之前，需要解锁FLASH的写保护。

#include "stm32f1xx_hal.h"

// 解锁FLASH以便进行写操作
void FLASH_Unlock(void) {
    // 如果FLASH处于锁定状态，进行解锁
    if (HAL_FLASH_Unlock() != HAL_OK) {
        // 解锁失败处理
        Error_Handler();
    }
}

2. 擦除FLASH扇区

在写入数据之前，通常需要擦除FLASH中的目标扇区。
STM32F103C8T6的FLASH扇区大小为128KB，具体的擦除扇区可根据需要调整。

// 擦除指定的FLASH扇区
void FLASH_Erase_Sector(uint32_t sector, uint8_t voltage_range) {
    FLASH_EraseInitTypeDef EraseInitStruct;
    uint32_t SectorError;
    
    EraseInitStruct.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;
    EraseInitStruct.Sector = sector;
    EraseInitStruct.NbSectors = 1;
    EraseInitStruct.VoltageRange = voltage_range;

    // 擦除扇区
    if (HAL_FLASHEx_Erase(&EraseInitStruct, &SectorError) != HAL_OK) {
        // 擦除失败处理
        Error_Handler();
    }
}

3. 写入数据到FLASH

写入数据到FLASH时，必须确保地址在数据存储区的有效范围内。
此处以向地址0x0801F000写入一个32位数据为例。

// 写入32位数据到指定地址
void FLASH_Write(uint32_t address, uint32_t data) {
    // 1.解锁FLASH
    FLASH_Unlock();
    
    // 2.擦除页，以便写入
    FLASH_Erase_Sector(FLASH_SECTOR_11, FLASH_VOLTAGE_RANGE_3);  // 擦除目标页
    
    // 3.写入数据
    if (HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, address, data) != HAL_OK) {
        // 写入失败处理
        Error_Handler();
    }
    
    // 4.锁定FLASH
    if (HAL_FLASH_Lock() != HAL_OK) {
        // 锁定失败处理
        Error_Handler();
    }
}

4. 从FLASH读取数据

读取FLASH数据是一个简单的操作，可以直接通过指针访问指定地址的数据。

// 从FLASH读取32位数据
uint32_t FLASH_Read(uint32_t address) {
    return *(volatile uint32_t*)address;  // 直接通过指针读取数据
}

5. 错误处理

在执行任何FLASH操作时，如果发生错误，可以通过Error_Handler函数进行错误处理。此函数通常用于调试过程中，打印错误信息或进入死循环。

void Error_Handler(void) {
    // 用户可以在此处添加错误处理代码
    while (1) {
        // 错误处理：可以是点亮LED，或者进入死循环
    }
}

6. 示例：读取和写入FLASH

通过上面的函数，我们可以结合使用这些API来实现对FLASH的完整操作。例如：

void FLASH_Operation(void) {

    uint32_t address = 0x0801F000;  // 数据存储区的起始地址
    uint32_t writeData = 0x12345678;  // 要写入的数据

    // 写入数据到FLASH
    FLASH_Write(address, writeData);
    
    // 从FLASH读取数据
    uint32_t readData = FLASH_Read(address);
    
    // 输出读取的数据（根据实际需求输出方式进行调整）
    printf("Read data from FLASH: 0x%08X\n", readData);
}

4.小结

通过STM32F103C8T6内部FLASH的读写操作，可以实现数据存储功能。本文详细介绍了如何使用HAL固件库进行FLASH的读写操作，涵盖了解锁FLASH、写入数据、读取数据、擦除扇区等基本操作，并提供了相应的示例代码。通过这些操作，可以方便地在STM32F103C8T6中实现对内部FLASH的灵活应用。

posted @ 2025-02-07 16:39  jeikerxiao  阅读(1938)  评论(0)    收藏  举报