STM32 之备份域（备份寄存器、备份SRAM）详解及数据丢失...

1万 · 2021-8-4 20:36

某些STM32芯片提供了备份SRAM，例如STM32F系列芯片有4K的备份SRAM。然而在使用过程中发现备份区域数据丢失！下面从STM32系列芯片提供的整个备份域来看看啥情况。

电池备份域
首先，这部分在参考手册的电源（PWR）章节有详细的介绍。器件的工作电压 (VDD) 要求介于 1.8 V 到 3.6 V 之间。嵌入式线性调压器用于提供内部 1.2 V数字电源。当主电源 VDD 断电时，可通过 VBAT 电压为实时时钟 (RTC)、RTC备份寄存器和备份 SRAM(BKP SRAM) 供电。具体如下图：

手册中有许多对于使用芯片时对于电源部分设计的要求，例如引脚的使用、电流的要求等等，具体见手册！

1万 · 2021-8-4 20:36

备份域访问
复位后，备份域（RTC 寄存器、RTC 备份寄存器和备份 SRAM）将受到保护，以防止意外的写访问。要使能对备份域的访问，请按以下步骤进行操作：

访问 RTC 和 RTC 备份寄存器
将 RCC_APB1ENR 寄存器中的 PWREN 位置 1，使能电源接口时钟（分别参见手册第 6.3.15 节和第 6.3.16 节了解 STM32F405xx/07xx 和 STM32F415xx/17xx 和 STM32F42xxx 和 STM32F43xxx）
将用于 STM32F405xx/07xx 和 STM32F415xx/17xx 的 PWR 电源控制寄存器 (PWR_CR)和用于STM32F42xxx 和 STM32F43xxx 的 PWR 电源控制寄存器 (PWR_CR) 中的 DBP 位置 1，使能对备份域的访问
选择 RTC 时钟源：参见手册第 6.2.8 节：RTC/AWU 时钟
通过对 RCC 备份域控制寄存器 (RCC_BDCR) 中的 RTCEN [15] 位进行编程，使能 RTC 时钟
访问备份 SRAM
将 RCC_APB1ENR 寄存器中的 PWREN 位置 1，使能电源接口时钟（分别参见手册第 6.3.15 节和第 6.3.16 节了解 STM32F405xx/07xx 和 STM32F415xx/17xx 和 STM32F42xxx 和 STM32F43xxx）。
将用于 STM32F405xx/07xx 和 STM32F415xx/17xx 的 PWR 电源控制寄存器 (PWR_CR) 和用于STM32F42xxx 和 STM32F43xxx 的 PWR 电源控制寄存器 (PWR_CR) 中的 DBP 位置 1，使能对备份域的访问。
通过将 RCC AHB1 外设时钟使能寄存器 (RCC_AHB1ENR) 中的 BKPSRAMEN 位置 1，使能备份 SRAM 时钟。
想要访问备份域还是非常简单的，下面以访问备份SRAM为例，从代码角度说明一下（具体见注释即可）：

/**
* @brief （使用标准外设库）备份SRAM初始化
* @param[in] void
* @retval NULL
*/
static void vBkpSramInit(void)
{
/* 电源接口时钟使能 (Power interface clock enable) */
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);

/* DBP 位置 1，使能对备份域的访问 */
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);

/* 通过将 RCC AHB1 外设时钟使能寄存器 (RCC_AHB1ENR) 中的 BKPSRAMEN 位置 1，使能备份 SRAM 时钟 */
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_BKPSRAM, ENABLE);

/* 应用程序必须等待备份调压器就绪标志 (BRR) 置 1，指示在待机模式和 VBAT 模式下会保持写入 RAM 中的数据。 */
while(PWR_GetFlagStatus(PWR_FLAG_BRR) != SET);
}

/** （使用HAL库）备份SRAM初始化
*
* @param[in] NULL
* @retval Null
**/
void BKP_SRAM_Init(void)
{
/* 电源接口时钟使能 (Power interface clock enable) */
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();

/* DBP 位置 1，使能对备份域的访问 */
HAL_PWR_EnableBkUpAccess();

/* 通过将 RCC AHB1 外设时钟使能寄存器 (RCC_AHB1ENR) 中的 BKPSRAMEN 位置 1，使能备份 SRAM 时钟 */
__HAL_RCC_BKPSRAM_CLK_ENABLE();

/* 应用程序必须等待备份调压器就绪标志 (BRR) 置 1，指示在待机模式和 VBAT 模式下会保持写入 RAM 中的数据。 */
HAL_PWREx_EnableBkUpReg();
}

经过以上初始化之后，就可以使用备份域中的各部分功能了（RTC和备份SRAM的初始化有些区别）。

1万 · 2021-8-4 20:36

备份域的使用
初始化后对于备份域中各功能（RTC、RTC备份寄存器、备份SRAM）的使用就比较灵活了。

RTC：使用相对来说比较复杂，后面独立介绍
RTC备份寄存器：读写非常简单，标准外设库和HAL库都提供了函数直接进行读写。

/*----------------------------标准外设库----------------------------*/
/**
  * @brief  Writes a data in a specified RTC Backup data register.
  * @param  RTC_BKP_DR: RTC Backup data Register number.
  *       This parameter can be: RTC_BKP_DRx where x can be from 0 to 19 to
  *                               specify the register.
  * @param  Data: Data to be written in the specified RTC Backup data register.
  * @retval None
  */
void RTC_WriteBackupRegister(uint32_t RTC_BKP_DR, uint32_t Data)
{
  __IO uint32_t tmp = 0;

  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_RTC_BKP(RTC_BKP_DR));

  tmp = RTC_BASE + 0x50;
  tmp += (RTC_BKP_DR * 4);

  /* Write the specified register */
  *(__IO uint32_t *)tmp = (uint32_t)Data;
}
/**
  * @brief  Reads data from the specified RTC Backup data Register.
  * @param  RTC_BKP_DR: RTC Backup data Register number.
  *       This parameter can be: RTC_BKP_DRx where x can be from 0 to 19 to
  *                         specify the register.
  * @retval None
  */
uint32_t RTC_ReadBackupRegister(uint32_t RTC_BKP_DR)
{
  __IO uint32_t tmp = 0;

  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_RTC_BKP(RTC_BKP_DR));

  tmp = RTC_BASE + 0x50;
  tmp += (RTC_BKP_DR * 4);

  /* Read the specified register */
  return (*(__IO uint32_t *)tmp);
}

/*----------------------------HAL库----------------------------*/
/**
  * @brief  Writes a data in a specified RTC Backup data register.
  * @param  hrtc: pointer to a RTC_HandleTypeDef structure that contains
  *             the configuration information for RTC.
  * @param  BackupRegister: RTC Backup data Register number.
  *       This parameter can be: RTC_BKP_DRx where x can be from 0 to 19 to
  *                               specify the register.
  * @param  Data: Data to be written in the specified RTC Backup data register.
  * @retval None
  */
void HAL_RTCEx_BKUPWrite(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t BackupRegister, uint32_t Data)
{
  uint32_t tmp = 0U;

  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_RTC_BKP(BackupRegister));

  tmp = (uint32_t)&(hrtc->Instance->BKP0R);
  tmp += (BackupRegister * 4U);

  /* Write the specified register */
  *(__IO uint32_t *)tmp = (uint32_t)Data;
}
/**
  * @brief  Reads data from the specified RTC Backup data Register.
  * @param  hrtc: pointer to a RTC_HandleTypeDef structure that contains
  *             the configuration information for RTC.
  * @param  BackupRegister: RTC Backup data Register number.
  *       This parameter can be: RTC_BKP_DRx where x can be from 0 to 19 to
  *                               specify the register.
  * @retval Read value
  */
uint32_t HAL_RTCEx_BKUPRead(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t BackupRegister)
{
  uint32_t tmp = 0U;

  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_RTC_BKP(BackupRegister));

  tmp = (uint32_t)&(hrtc->Instance->BKP0R);
  tmp += (BackupRegister * 4U);

  /* Read the specified register */
  return (*(__IO uint32_t *)tmp);
}

1万 · 2021-8-4 20:37

备份SRAM：这部分的使用就更加灵活了，可以直接当内存去访问。推荐一种使用分散加载文件进行访问的方式。具体为定义自己的结构体，使用结构体定义变量BKP_SRAM myContent __attribute__((section("BKP_SRAM_SECTION")));，最后使用分散加载文件，将以上定义的变量直接映射到备份SRAM即可。

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************

LR_IROM1 0x08000000 0x0000C000  { ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x0000C000  {  ; load address = execution address
*.o (RESET, +First)
*(InRoot$$Sections)
.ANY (+RO)
  }
  RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000  {  ; RW data
.ANY (+RW +ZI)
  }
  RW_BkSRAM 0x40024000 0x1000 {
*.o (BKP_SRAM_SECTION, +First)       ; 备份SRAM
  }
}

1万 · 2021-8-4 20:37

备份SRAM问题
在实际产品中使用时，发现备份SRAM中的数据丢失！检查在硬件上并没有出现任何问题，于是从软件一步步分析如下：

产品（使用STM32F407VG ）中实现了IAP、APP在线升级，备份域在这两部程序中均有使用（两部分程序中均对备份域进行了初始化）。
在由IAP跳转到APP后，发现在APP中初始化的备份SRAM中原有数据全部丢失（准确的说应该是时钟不起作用，导致数据全是 0，看似数据丢失）
分析原因，STM32芯片在上电后默认以内部低速时钟源（HSI运行），如果用户配置了使用外部时钟源，则再配置外部时钟源，然后将时钟切换为外部。程序在APP中配置时钟前是正常的，一旦时钟源出现切换则导致备份域再次初始化之后就无效了！感觉应该是备份域的各种初始化必须在时钟初始化之后再进行配置才可以，颠倒顺序将导致备份域时钟初始化后不可用！但是，其他外设（例如GPIO，同是挂在AHP总线上）却不受以上限制，比较奇怪！
解决
在IAP跳转到APP前，将备份域的各时钟失能，这样APP中配置的备份SRAM才会有效。

后续
后续可以测试一下其他外设是否有此问题。最好测试一下同样是挂在同一总线下的外设（GPIO、DMA、备份域时钟全部是在AHB总线下的）。