第三十九章 FLASH模拟EEPROM实验

  STM32本身没有自带EEPROM，但是STM32具有IAP（在应用编程）功能，所以我们可以把它的FLASH当成EEPROM来使用。本章，我们将利用STM32内部的FLASH来实现第二十八章类似的效果，不过这次我们是将数据直接存放在STM32内部，而不是存放在W25Q64。本章分为如下几个部分： 39.1 STM32 FLASH简介 39.2 硬件设计 39.3 软件设计 39.4 下载验证

39.1 STM32 FLASH简介

不同型号的STM32，其FLASH容量也有所不同，最小的只有16K字节，最大的则达到了1024K字节。战舰STM32开发板选择的STM32F103ZET6的FLASH容量为512K字节，属于大容量产品（另外还有中容量和小容量产品），大容量产品的闪存模块组织如图39.1.1所示：
图39.1.1 大容量产品闪存模块组织 STM32的闪存模块由：主存储器、信息块和闪存存储器接口寄存器等3部分组成。 主存储器，该部分用来存放代码和数据常数（如const类型的数据）。对于大容量产品，其被划分为256页，每页2K字节。注意，小容量和中容量产品则每页只有1K字节。从上图可以看出主存储器的起始地址就是0X08000000， B0、B1都接GND的时候，就是从0X08000000开始运行代码的。 信息块，该部分分为2个小部分，其中启动程序代码，是用来存储ST自带的启动程序，用于串口下载代码，当B0接V3.3，B1接GND的时候，运行的就是这部分代码。用户选择字节，则一般用于配置写保护、读保护等功能，本章不作介绍。 闪存存储器接口寄存器，该部分用于控制闪存读写等，是整个闪存模块的控制机构。 对主存储器和信息块的写入由内嵌的闪存编程/擦除控制器(FPEC)管理；编程与擦除的高电压由内部产生。 在执行闪存写操作时，任何对闪存的读操作都会锁住总线，在写操作完成后读操作才能正确地进行；既在进行写或擦除操作时，不能进行代码或数据的读取操作。        闪存的读取 内置闪存模块可以在通用地址空间直接寻址，任何32位数据的读操作都能访问闪存模块的内容并得到相应的数据。读接口在闪存端包含一个读控制器，还包含一个AHB接口与CPU衔接。这个接口的主要工作是产生读闪存的控制信号并预取CPU要求的指令块，预取指令块仅用于在I-Code总线上的取指操作，数据常量是通过D-Code总线访问的。这两条总线的访问目标是相同的闪存模块，访问D-Code将比预取指令优先级高。 这里要特别留意一个闪存等待时间，因为CPU运行速度比FLASH快得多，STM32F103的FLASH最快访问速度≤24Mhz，如果CPU频率超过这个速度，那么必须加入等待时间，比如我们一般使用72Mhz的主频，那么FLASH等待周期就必须设置为2，该设置通过FLASH_ACR寄存器设置。 例如，我们要从地址addr，读取一个半字（半字为16为，字为32位），可以通过如下的语句读取：                     data=*(vu16*)addr; 将addr强制转换为vu16指针，然后取该指针所指向的地址的值，即得到了addr地址的值。类似的，将上面的vu16该位vu8，即可读取指定地址的一个字节。相对FLASH读取来说，STM32 FLASH的写就复杂一点了，下面我们介绍STM32闪存的编程和擦除。        闪存的编程和擦除 STM32的闪存编程是由FPEC（闪存编程和擦除控制器）模块处理的，这个模块包含7个32位寄存器，他们分别是： l  FPEC键寄存器(FLASH_KEYR) l  选择字节键寄存器(FLASH_OPTKEYR) l  闪存控制寄存器(FLASH_CR) l  闪存状态寄存器(FLASH_SR) l  闪存地址寄存器(FLASH_AR) l  选择字节寄存器(FLASH_OBR) l  写保护寄存器(FLASH_WRPR) 其中FPEC键寄存器总共有3个键值： RDPRT键=0X000000A5 KEY1=0X45670123 KEY2=0XCDEF89AB STM32复位后，FPEC模块是被保护的，不能写入FLASH_CR寄存器；通过写入特定的序列到FLASH_KEYR寄存器可以打开FPEC模块（即写入KEY1和KEY2），只有在写保护被解除后，我们才能操作相关寄存器。 STM32闪存的编程每次必须写入16位（不能单纯的写入8位数据哦！），当FLASH_CR寄存器的PG位为’1’时，在一个闪存地址写入一个半字将启动一次编程；写入任何非半字的数据，FPEC都会产生总线错误。在编程过程中(BSY位为’1’)，任何读写闪存的操作都会使CPU暂停，直到此次闪存编程结束。 同样，STM32的FLASH在编程的时候，也必须要求其写入地址的FLASH是被擦除了的（也就是其值必须是0XFFFF），否则无法写入，在FLASH_SR寄存器的PGERR位将得到一个警告。 STM23的FLASH编程过程如图39.1.2所示：
图39.1.2 STM32闪存编程过程        从上图可以得到闪存的编程顺序如下： l  检查FLASH_CR的LOCK是否解锁，如果没有则先解锁 l  检查FLASH_SR寄存器的BSY位，以确认没有其他正在进行的编程操作 l  设置FLASH_CR寄存器的PG位为’1’ l  在指定的地址写入要编程的半字 l  等待BSY位变为’0’ l  读出写入的地址并验证数据 前面提到，我们在STM32的FLASH编程的时候，要先判断缩写地址是否被擦除了，所以，我们有必要再绍一下STM32的闪存擦除，STM32的闪存擦除分为两种：页擦除和整片擦除。页擦除过程如图39.1.3所示
图39.1.3 STM32闪存页擦除过程   从上图可以看出，STM32的页擦除顺序为： l  检查FLASH_CR的LOCK是否解锁，如果没有则先解锁 l  检查FLASH_SR寄存器的BSY位，以确认没有其他正在进行的闪存操作 l  设置FLASH_CR寄存器的PER位为’1’ l  用FLASH_AR寄存器选择要擦除的页 l  设置FLASH_CR寄存器的STRT位为’1’ l  等待BSY位变为’0’ l  读出被擦除的页并做验证 本章，我们只用到了STM32的页擦除功能，整片擦除功能我们在这里就不介绍了。通过以上了解，我们基本上知道了STM32闪存的读写所要执行的步骤了，接下来，我们看看与读写相关的寄存器说明。 第一个介绍的是FPEC键寄存器：FLASH_KEYR。该寄存器各位描述如图39.1.4所示：
图39.1.4 寄存器FLASH_KEYR各位描述 该寄存器主要用来解锁FPEC，必须在该寄存器写入特定的序列（KEY1和KEY2）解锁后，才能对FLASH_CR寄存器进行写操作。 第二个要介绍的是闪存控制寄存器：FLASH_CR。该寄存器的各位描述如图39.1.5所示：
图39.1.5 寄存器FLASH_CR各位描述        该寄存器我们本章只用到了它的LOCK、STRT、PER和PG等4个位。        LOCK位，该位用于指示FLASH_CR寄存器是否被锁住，该位在检测到正确的解锁序列后，硬件将其清零。在一次不成功的解锁操作后，在下次系统复位之前，该位将不再改变。        STRT位，该位用于开始一次擦除操作。在该位写入1 ，将执行一次擦除操作。        PER位，该位用于选择页擦除操作，在页擦除的时候，需要将该位置1。        PG位，该位用于选择编程操作，在往FLASH写数据的时候，该位需要置1。        FLASH_CR的其他位，我们就不在这里介绍了，请大家参考《STM32F10xxx闪存编程参考手册》第18页。        第三个要介绍的是闪存状态寄存器：FLASH_SR。该寄存器各位描述如图39.1.6所示：  
图39.1.6 寄存器FLASH_SR各位描述        该寄存器主要用来指示当前FPEC的操作编程状态。        最后，我们再来看看闪存地址寄存器：FLASH_AR。该寄存器各位描述如图39.1.7所示：
图39.1.7 寄存器FLASH_AR各位描述        该寄存器在本章，我们主要用来设置要擦除的页。        关于STM32 FLASH的介绍，我们就介绍到这。更详细的介绍，请参考《STM32F10xxx闪存编程参考手册》。

39.2 硬件设计

本章实验功能简介：开机的时候先显示一些提示信息，然后在主循环里面检测两个按键，其中1个按键（WK_UP）用来执行写入FLASH的操作，另外一个按键（KEY1）用来执行读出操作，在TFTLCD模块上显示相关信息。同时用DS0提示程序正在运行。 所要用到的硬件资源如下： 1）  指示灯DS0 2）  WK_UP和KEY1按键 3）  TFTLCD模块 4）  STM32内部FLASH 本章需要用到的资源和电路连接，在之前已经全部有介绍过了，接下来我们直接开始软件设计。

39.3 软件设计

打开上一章的工程，首先在HARDWARE文件夹下新建一个STMFLASH的文件夹。然后新建一个stmflash.c和stmflash.h的文件保存在STMFLASH文件夹下，并将这个文件夹加入头文件包含路径。        打开stmflash.c文件，输入如下代码： #include "stmflash.h" #include "delay.h" #include "usart.h" //解锁STM32的FLASH void STMFLASH_Unlock(void) {   FLASH->KEYR=FLASH_KEY1;//写入解锁序列.   FLASH->KEYR=FLASH_KEY2; } //flash上锁 void STMFLASH_Lock(void) {   FLASH->CR|=1<<7;//上锁 } //得到FLASH状态 u8 STMFLASH_GetStatus(void) {            u32 res;                 res=FLASH->SR;        if(res&(1<<0))return 1;            //忙        else if(res&(1<<2))return 2;  //编程错误        else if(res&(1<<4))return 3;  //写保护错误        return 0;                                     //操作完成 } //等待操作完成 //time:要延时的长短 //返回值:状态. u8 STMFLASH_WaitDone(u16 time) {        u8 res;        do        {               res=STMFLASH_GetStatus();               if(res!=1)break;//非忙,无需等待了,直接退出.               delay_us(1); time--;                      }while(time);         if(time==0)res=0xff;//TIMEOUT         return res; } //擦除页 //paddr:页地址 //返回值:执行情况 u8 STMFLASH_ErasePage(u32 paddr) {        u8 res=0;        res=STMFLASH_WaitDone(0X5FFF);//等待上次操作结束,>20ms           if(res==0)        {               FLASH->CR|=1<<1;//页擦除               FLASH->AR=paddr;//设置页地址               FLASH->CR|=1<<6;//开始擦除                          res=STMFLASH_WaitDone(0X5FFF);//等待操作结束,>20ms                if(res!=1)//非忙               {                      FLASH->CR&=~(1<<1);//清除页擦除标志.               }        }        return res; } //在FLASH指定地址写入半字 //faddr:指定地址(此地址必须为2的倍数!!) //dat:要写入的数据 //返回值:写入的情况 u8 STMFLASH_WriteHalfWord(u32 faddr, u16 dat) {        u8 res;                      res=STMFLASH_WaitDone(0XFF);            if(res==0)//OK        {               FLASH->CR|=1<<0;//编程使能               *(vu16*)faddr=dat;//写入数据               res=STMFLASH_WaitDone(0XFF);//等待操作完成               if(res!=1)//操作成功               {                      FLASH->CR&=~(1<<0);//清除PG位.               }        }        return res; } //读取指定地址的半字(16位数据) //faddr:读地址 //返回值:对应数据. u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr) {        return *(vu16*)faddr; } #if STM32_FLASH_WREN  //如果使能了写   //不检查的写入 //WriteAddr:起始地址 //pBuffer:数据指针 //NumToWrite:半字(16位)数   void STMFLASH_Write_NoCheck(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)   {                                         u16 i;        for(i=0;i<NumToWrite;i++)        {               STMFLASH_WriteHalfWord(WriteAddr,pBuffer);            WriteAddr+=2;//地址增加2.        }  } //从指定地址开始写入指定长度的数据 //WriteAddr:起始地址(此地址必须为2的倍数!!) //pBuffer:数据指针 //NumToWrite:半字(16位)数(就是要写入的16位数据的个数.) #if STM32_FLASH_SIZE<256 #define STM_SECTOR_SIZE 1024 //字节 #else #define STM_SECTOR_SIZE      2048 #endif            u16 STMFLASH_BUF[STM_SECTOR_SIZE/2];//最多是2K字节 void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)  {        u32 secpos;        //扇区地址        u16 secoff;        //扇区内偏移地址(16位字计算)        u16 secremain; //扇区内剩余地址(16位字计算)          u16 i;           u32 offaddr;   //去掉0X08000000后的地址        if(WriteAddr<STM32_FLASH_BASE||(WriteAddr>=(STM32_FLASH_BASE+1024* STM32_FLASH_SIZE)))return;//非法地址        STMFLASH_Unlock();                                            //解锁        offaddr=WriteAddr-STM32_FLASH_BASE;             //实际偏移地址.        secpos=offaddr/STM_SECTOR_SIZE; //扇区地址  0~127 for STM32F103RBT6        secoff=(offaddr%STM_SECTOR_SIZE)/2;  //在扇区内的偏移(2个字节为基本单位.)        secremain=STM_SECTOR_SIZE/2-secoff;                //扇区剩余空间大小          if(NumToWrite<=secremain)secremain=NumToWrite;//不大于该扇区范围        while(1)        {                   STMFLASH_Read(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE, STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2);//读出整个扇区的内容               for(i=0;i<secremain;i++)//校验数据               {                      if(STMFLASH_BUF[secoff+i]!=0XFFFF)break;//需要擦除                     }               if(i<secremain)//需要擦除               {                      STMFLASH_ErasePage(secpos*STM_SECTOR_SIZE+ STM32_FLASH_BASE);//擦除这个扇区                      for(i=0;i<secremain;i++) STMFLASH_BUF[i+secoff]=pBuffer;//复制                            STMFLASH_Write_NoCheck(secpos*STM_SECTOR_SIZE+ STM32_FLASH_BASE,STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2); //写入整个扇区                }else STMFLASH_Write_NoCheck(WriteAddr,pBuffer,secremain); //写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间.                                             if(NumToWrite==secremain)break;//写入结束了               else//写入未结束               {                      secpos++;                            //扇区地址增1                      secoff=0;                      //偏移位置为0                          pBuffer+=secremain;    //指针偏移                      WriteAddr+=secremain; //写地址偏移                        NumToWrite-=secremain;      //字节(16位)数递减                      if(NumToWrite>(STM_SECTOR_SIZE/2))secremain=STM_SECTOR_SIZE/2; //下一个扇区还是写不完                      else secremain=NumToWrite;//下一个扇区可以写完了               }            };           STMFLASH_Lock();//上锁 } #endif //从指定地址开始读出指定长度的数据 //ReadAddr:起始地址 //pBuffer:数据指针 //NumToWrite:半字(16位)数 void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToRead)         {        u16 i;        for(i=0;i<NumToRead;i++)        {               pBuffer=STMFLASH_ReadHalfWord(ReadAddr);//读取2个字节.               ReadAddr+=2;//偏移2个字节.           } } 该部分代码，我们重点介绍一下STMFLASH_Write函数，该函数用于在STM32的指定地址写入指定长度的数据，该函数的实现基本类似第28章的SPI_Flash_Write函数，不过该函数对写入地址是有要求的，必须保证以下两点： 1，  该地址必须是用户代码区以外的地址。 2，  该地址必须是2的倍数。 条件1比较好理解，如果把用户代码给卡擦了，可想而知你运行的程序可能就被废了，从而很可能出现死机的情况。条件2则是STM32 FLASH的要求，每次必须写入16位，如果你写的地址不是2的倍数，那么写入的数据，可能就不是写在你要写的地址了。 另外，该函数的STMFLASH_BUF数组，也是根据所用STM32的FLASH容量来确定的，战舰STM32开发板的FLASH是512K字节，所以STM_SECTOR_SIZE的值为512，故该数组大小为2K字节。其他函数我们就不做介绍了，保存stmflash.c文件，并加入到HARDWARE组下，然后打开stmflash.h，在该文件里面输入如下代码： #ifndef __STMFLASH_H__ #define __STMFLASH_H__ #include "sys.h"  ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //用户根据自己的需要设置 #define STM32_FLASH_SIZE    512        //所选STM32的FLASH容量大小(单位为K) #define STM32_FLASH_WREN 1       //使能FLASH写入(0，不是能;1，使能) ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //FLASH起始地址 #define STM32_FLASH_BASE 0x08000000     //STM32 FLASH的起始地址 //FLASH解锁键值 #define FLASH_KEY1               0X45670123 #define FLASH_KEY2               0XCDEF89AB void STMFLASH_Unlock(void);                       //FLASH解锁 void STMFLASH_Lock(void);                          //FLASH上锁 u8 STMFLASH_GetStatus(void);                       //获得状态 u8 STMFLASH_WaitDone(u16 time);                //等待操作结束 u8 STMFLASH_ErasePage(u32 paddr);              //擦除页 u8 STMFLASH_WriteHalfWord(u32 faddr, u16 dat);//写入半字 u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr);      //读出半字  void STMFLASH_WriteLenByte(u32 WriteAddr,u32 DataToWrite,u16 Len); //指定地址开始写入指定长度的数据 u32 STMFLASH_ReadLenByte(u32 ReadAddr,u16 Len);                                      //指定地址开始读取指定长度数据 void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite);        //从指定地址开始写入指定长度的数据 void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToRead);               //从指定地址开始读出指定长度的数据                                           #endif 保存此部分代码。最后，打开test.c文件，修改main函数如下： //要写入到STM32 FLASH的字符串数组 const u8 TEXT_Buffer[]={"STM32 FLASH TEST"}; #define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)                  ///数组长度 #define FLASH_SAVE_ADDR  0X08070000   //设置FLASH 保存地址(必须为偶数， //且其值要大于本代码所占用FLASH的大小+0X08000000) int main(void) {                   u8 key;        u16 i=0;        u8 datatemp[SIZE];       Stm32_Clock_Init(9);    //系统时钟设置        uart_init(72,9600);      //串口初始化为9600        delay_init(72);                  //延时初始化        LED_Init();                 //初始化与LED连接的硬件接口        LCD_Init();                  //初始化LCD        usmart_dev.init(72);      //初始化USMART              KEY_Init();                  //按键初始化       NRF24L01_Init();      //初始化NRF24L01       POINT_COLOR=RED;//设置字体为红 {MOD}        LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"WarShip STM32");           LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"FLASH EEPROM TEST");              LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");        LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2012/9/13");         LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"WK_UP:Write KEY1:Read");        POINT_COLOR=BLUE;        //显示提示信息        POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝 {MOD}          while(1)        {               key=KEY_Scan(0);               if(key==KEY_UP)//WK_UP按下,写入STM32 FLASH               {                      LCD_Fill(0,150,239,319,WHITE);//清除半屏                        LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"Start Write FLASH....");                      STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR,(u16*)TEXT_Buffer,SIZE);                      LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"FLASH Write Finished!");//提示传送完成               }               if(key==KEY_DOWN)//KEY1按下,读取字符串并显示               {                     LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"Start Read FLASH.... ");                      STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR,(u16*)datatemp,SIZE);                      LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"The Data Readed Is:  ");//提示传送完成                      LCD_ShowString(60,170,200,16,16,datatemp);//显示读到的字符串               }               i++;               delay_ms(10);                if(i==20)               {                      LED0=!LED0;//提示系统正在运行                          i=0;               }                      }              } 至此，我们的软件设计部分就结束了。

39.4 下载验证

在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK战舰STM32开发板上，通过先按WK_UP按键写入数据，然后按KEY1读取数据，得到如图39.4.1所示：
图39.4.1 程序运行效果图 伴随DS0的不停闪烁，提示程序在运行。本章的测试，我们还可以借助USMART，在USMART里面添加STMFLASH_ReadHalfWord函数，既可以读取任意地址的数据。当然，你也可以将STMFLASH_Write稍微改造下，这样就可以在USMART里面验证STM32 FLASH的读写了。