FLASH 闪存-stm32入门

本节我们学习的内容是 STM32 的 FLASH，闪存。

当然闪存是一个通用的名词，表示的是一种非易失性，也就是掉电不丢失的存储器。比如，我们之前学习 SPI 的时候，用的 W25Q64 芯片，就是一种闪存存储器芯片。

而本节，我们所说的闪存，则特指 STM32 的内部闪存，也就是我们下载程序的时候，这个程序所存储的地方。我们下载的程序掉电后肯定不会消失，这说明程序存储在了一个非易失性的存储器中，这个存储器，也是一种闪存，那我们本节，就来学习一下，如何利用程序，来读写存储程序的这个存储器。

那开始本节之前，我们还是看一下本节代码的现象。本节课主要有两个代码，第一个是读写内部 FLASH，第二个是读取芯片 ID。

先看一下第一个，这个代码的目的就是，利用内部 FLASH 程序存储器的剩余空间，来存储一些掉电不丢失的参数，如果你有一些配置参数，需要掉电不丢失的保存，再外挂一个存储器芯片的话，显然会增加硬件成本；那 STM32 本身不就是有掉电不丢失的程序存储器吗，我们直接把参数存在这里，是不是就又方便、又节省成本啊。

所以这里的程序是，按下 Key1，变换一下测试数据，然后存储到内部 FLASH 里，按下 Key2，把所有参数清零，最后 OLED 显示一下。

我们下载看一下，这里 OLED 显示了 Flag 和 Data，Flag 当作标志位，内容随便定义，这里定义的是 A5A5，Flag 的作用就是判断一下之前是不是存储过数据，如果存储过数据，就直接读取，如果没存储过，就先初始化一下，这个思路和之前 RTC 的那一节的代码是一样的。然后下面的 Data 就是要掉电存储的数据了，我们按下 Key1，可以变换一下测试数据，每变换一次，这个数据就更新存储到 FLASH 里了。比如现在，4 个数据分别是 5、A、F、14，我们直接把整个芯片断电，再重新上电，可以看到，数据仍然存在，和之前保存的一样；继续变换几次呢，再断电重启，可以看到，数据也还是存在的；继续测试，按复位键，可以看到，这个数据也不会丢失。那为了能清零这个数据呢，我们可以按 Key2 按键，这样就把所有参数归零了。这就是利用内部 FLASH 存储掉电不丢失数据的现象。

可以看到，整个电路，我不需要外挂任何存储芯片，在电路上，也不需要有任何新增设备，所以利用内部 FLASH 实现这个功能，是一个非常灵活和节省的方案，这就是第一个代码的现象。

然后继续看第二个代码，读取芯片 ID。这个代码非常简单，就顺便讲一下。那在 STM32 里，指定的一些地址下，存储的有原厂写入的 ID 号，我们直接使用指针的操作方式读取，就可以得到 ID 号了。

那下载看一下现象。可以看到，这里有两个 ID 号，第一个是 F_SIZE，表示芯片 FLASH 的容量，0040 表示 FLASH 容量，单位是 KB，换成十进制就是 64 KB，当然有的芯片 FLASH 容量会大于 64K B，这个数据有些不一样，也是正常的；然后第二个是 U_ID，是 96 位的芯片唯一 ID 号，每个芯片的唯一 ID 号都不一样，目前这个芯片读取出来是 FF32 066E 这个数据，大家可以自己读取看看，肯定和这个是不一样的。好，这就是本节程序的现象。

1. FLASH 闪存

接下来，我们看一下本节的内容。首先看一下简介。

1.1 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

那首先，FLASH 包含程序存储器、系统存储器和选项字节三个部分，这个我们之前介绍过。我们回顾一下，在 DMA 这一节我们介绍过存储器映像，STM32 内部的存储空间主要有这些部分，其中 ROM 区，就是掉电不丢失的，存储介质是 FLASH 闪存；RAM 区，掉电丢失，存储介质是 SRAM。闪存主要有程序存储器、系统存储器和选项字节 3 个部分，这就是我们本节要学习的内容。

• 其中程序存储器是这三者之中，空间最大、最主要的部分，所以也称作主存储器，起始地址是 0800 开头的，用途是存储程序代码。系统存储器起始地址是 1FFF F000，用途是存储 BootLoader，用于串口下载。选项字节起始地址是 1FFF F800，用途是存储一些独立的配置参数。
• 然后下面的地址也看一下，运行内存的起始地址是 2000 开头的；外设寄存器的起始地址是 4000；内核外设寄存器的起始地址是 E000。
• 这些起始地址要记一下，要做到，当你看到一个存储器的地址时，一眼就能知道它处于什么区域，有什么特性，大概是做什么的，这是这一块内容，我们再回顾一下，等会儿还会用到的。

接着回到本节继续看，FLASH 包括这三部分，我们本节的任务，就是对这些存储器进行读写，那我们怎么操作这些存储器呢？就需要用到这个闪存存储器接口了，闪存存储器接口是一个外设，是这个闪存的管理员，毕竟闪存的操作很麻烦，涉及到擦除、编程、等待忙、解锁等等操作，所以这里，我们需要把我们的指令和数据，写入到这个外设的相应寄存器，然后这个外设就会自动去操作对应的存储空间。
那后面写的是，这个外设可以对程序存储器和选项字节，这两部分，进行擦除和编程，对比上面的三个部分呢，少了系统存储器这个区域，因为系统存储器是原厂写入的 BootLoader 程序，这个是不允许我们修改的。

读写FLASH的用途：

1. 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

像我们刚才演示的代码，就是这个用法。对于我们这个 C8T6 芯片来说，它的程序存储器容量是 64K，一般我们写个简单的程序，可能就只占前面的很小一部分空间，剩下的大片空余空间，我们就可以加以利用。比如存储一些我们自定义的数据，这样就非常方便，而且可以充分利用资源。不过这里要注意，我们在选取存储区域时，一定不要覆盖了原有的程序，要不然程序自己把自己给破坏了，之后程序就运行不了了。
一般存储少量的参数，我们就选最后几页存储就行了。关于如何查看程序所占用空间的大小，这个我们下一小节也会介绍，那这就是第一个用途。

2. 通过在程序中编程（IAP），实现程序的自我更新

刚才说了，我们在存储用户数据时，要避开程序本身，以免破坏程序，但如果，我们就非要修改程序本身，这会发送什么呢？那这就是第二点提到的功能，在程序中编程，利用程序，来修改程序本身，实现程序的自我更新。
这个在程序中编程，就是 IAP，在数码圈，也有个可能大家更熟悉的技术，叫 OTA，这两是类似的东西，都是用来实现程序升级的。当然这个 IAP 升级程序的功能比较复杂，我们本节暂时就不涉及了。

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协议或系统加载程序（Bootloader）下载程序

英文直译过来叫在电路中编程，意思就是下载程序你只需要留几个引脚就行，不用拆芯片了，就叫在电路中进行编程。
这个 JTAG、SWD，就是仿真器下载程序，就是我们目前用的 STLINK 使用 SWD 下载程序，每次下载，都是把整个程序完全更新掉。那系统加载程序，就是系统存储器的 BootLoader，也就是串口下载，串口下载，也是更新整个程序。这就是我们一直在用的 ICP 下载方式。
之后，更高级的下载方式，就是在程序中编程。

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

怎么实现呢？我们首先需要自己写一个 BootLoader 程序，并且存放在程序更新时，不会覆盖的地方，比如我们放在整个程序存储器的后面。然后，需要更新程序时，我们控制程序跳转到这个自己写的 BootLoader 里来，在这里面，我们就可以接收任意一种通信接口传过来的数据，比如串口、USB、蓝牙转串口、WIFI 转串口等等，这个传过来的数据，就是待更新的程序，然后我们控制 FLASH 读写，把收到的程序，写入到整个程序存储器的前面程序正常运行的地方，写完之后，再控制程序跳转回正常运行的地方，或者直接复位，这样程序就完成了自我升级。
这个过程，其实就是和系统存储器这个的 BootLoader 一样，因为程序要实现自我升级，在升级过程中，肯定需要布置一个辅助的小机器人来临时干活。只不过是系统寄存器的 BootLoader 写死了，只能用串口下载到指定位置，启动方式也不方便，只能配置 BOOT 引脚触发启动；而我们自己写 BootLoader 的话，就可以想怎么收怎么收，想写到哪就写到哪，想怎么启动就怎么启动，并且这整个升级过程，程序都可以自主完成，实现在程序中编程。更进一步，就可以直接实现远程升级了，非常灵活方便。
那有关 IAP 的内容，我就介绍这么多，更进一步的内容，大家再自己研究。

接下来的内容，我们就只涉及最基本的对 FLASH 进行读写，这也是实现 IAP 的基础。

好，简介就是这些，接着我们继续，看一下这个闪存模块的组织。

1.2 闪存模块组织

这个表是中容量产品的闪存分配情况。我们 C8T6 芯片的闪存容量是 64K，属于中容量产品。对于小容量产品和大容量产品，闪存的分配方式有些区别，这个可以参考一下手册。

那首先提醒一下，闪存这一章的内容，在手册里是单独列出来的，并不在之前的参考手册里。我们需要打开闪存编程参考手册，打开之后，可以看到，这个文档也不是很多，其实就是单独一章的内容，这个注意一下，别找错位置了。

那我们打开 1.2 这一节，这里就是闪存模块组织。首先是小容量产品，这个页数少一些，总共 32 页，每页 1K；然后中容量产品，页数多一些，总共 128 页，每页 1K；最后大容量产品，页数更多，总共 256 页，并且每页容量也更大，是 2K。这是小中大容量产品闪存分配方式的不同，其他地方，基本都是一样的。

那回到本节，这里以中容量产品为例来讲解。首先看一下第一列的几个块，这里分为了 3 个块，第一个是主存储器，也就是我们刚才说的程序存储器，用来存放程序代码的，这是最主要，也是容量最大的一块。第二个是信息块，里面又可以分为启动程序代码和用户选择字节，其中启动程序代码就是刚才说的系统存储器，存放的是原厂写入的 BootLoader，用于串口下载，这个手册的名称经常会有不同的表述方式，但是大家要知道，某些名称，描述的其实是一个东西；然后下面这个用户选择字节，也就是刚才说的选项字节，存放一些独立的参数，这个选项字节，在手册里一直都称作选择字节，可能是翻译的问题，英文是 Option Bytes，我们一般都叫选项字节，大家也知道是一个东西就行。然后最后一块，是闪存存储器接口寄存器，这一块的存储器，实际上并不属于闪存，你看它的地址就知道，地址都是 40 开头的，说明这个存储器接口寄存器就是一个普通的外设，和之前介绍的 GPIO、定时器、串口等等，都是一个性质的东西，这些存储器，它们的存储介质，也都是 SRAM。这个闪存存储器接口，就是上面这些闪存的管理员，这些寄存器，就是用来控制擦除和编程这个过程的。

那到这里，这个表的整体我们就清楚了，上面是真正的闪存，分为三部分，主存储器（就是程序存储器），启动程序代码（就是系统存储器），用户选择字节（就是选项字节）。其中系统存储器和选项字节，又可以合称为信息块，这一点，和刚才 FLASH 简介里介绍的闪存分为三部分是对应的，没问题。

然后下面一部分，是闪存的管理员，我们擦除和编程，就通过读写这些寄存器来完成，这一点，和刚才 FLASH 简介里介绍的闪存存储器接口可以对闪存进行擦除和编程是对应的，当然这里只有擦除和编程，并没有读取，这是因为，读取指定存储器，直接使用指针读即可，用不到这个外设。

好，那我们继续看这个表。对于主存储器，这里对它进行了分页，分页是为了更好的管理闪存。擦除和写保护，都是以页为单位的，这一点和之前 W25Q64 那一节的闪存一样，同为闪存，它们的特性基本一样，写入前必须擦除，擦除必须以最小单位进行，擦除后数据位全变为 1，数据只能 1 写 0，不能 0 写 1，擦除和写入之后都需要等待忙啊，这些都是一样的。学习这节之前，大家可以再复习一下 W25Q64 那一节，相信你学过 W25Q64 之后，再学这一节，就会非常轻松了。那 W25Q64 的分配方式是，先分为块 Block，再分为扇区 Sector，比较复杂；这里，就比较简单了，它只有一个基本单位，就是页，每页的大小都是 1K，0~127，总共 128 页，总容量就是 128K，对于 C8T6 来说，它只有 64K，所以 C8T6 的页只有一半，0~63，总共 64 页，共 64K。

然后看一下页的地址范围，第一个页的起始地址就是程序存储器的起始地址，0x0800 0000，之后就是一个字节一个地址，依次线性分配了。看一下每页起始地址的规律，首先是 0000，然后 0400、0800、0C00，再之后，1000，后面按照规律，就是 1400、1800、1C00、2000、2400、2800、2C00 等等等等，最后一直到 1 FC00，所以地址只要以 000、400、800、C00 结尾的都一定是页的起始地址，这个稍微记一下。之后如果想要给一个页的起始地址，就需要用到这个规律。

然后继续，系统存储器它的起始地址是 0x1FFF F000，这个之前介绍过的，它的容量是 2K，这个就不用多说了。

在下面，选项字节，起始地址是 0x1FFF F800，容量是 16 个字节，里面只有几个字节的配置参数，这个后面还会继续说的。

那这里还可以发现，我们平时说的，芯片闪存容量是 64K、128K，它指的只是主存储器的容量，下面信息块的两个东西，虽然也是闪存，但是并不统计在这个容量里，这就是闪存的分配方式。

那最后，就是这个闪存接口寄存器了。里面包括 KEYR 键寄存器，SR 状态寄存器，CR 控制寄存器等等，外设的起始地址是 0x4002 2000，每个寄存器都是 4 个字节，也就是 32 位，这就是这个外设的寄存器。

好，按这个表就看到这里。

接下来看一下总结的 FLASH 基本结构图

1.3 FLASH 基本结构图