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【连载】STM32开发指南--第三十九章 FLASH模拟EEPROM实验

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正点原子|  楼主 | 2013-3-28 23:03 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 正点原子 于 2013-3-28 23:06 编辑

   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:


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:


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


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:



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:


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:



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:



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STM32FLASH
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;            //
       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
}

实验34 FLASH模拟EEPROM实验.rar (170.53 KB)

《STM32开发指南》第三十九章 FLASH模拟EEPROM实验.rar (828 KB)



沙发
正点原子|  楼主 | 2013-3-28 23:04 | 只看该作者
本帖最后由 正点原子 于 2013-3-28 23:05 编辑

//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;
}
//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.
              }
       }
       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)   
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)(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)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)
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STM32FLASH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;//设置字体为红色
       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;//设置字体为蓝色   
       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:



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。

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福州观沧海| | 2013-6-3 17:37 | 只看该作者
很不错,谢谢分享!

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cjhk| | 2013-6-3 18:44 | 只看该作者
好资料   谢谢了   楼主   这个需要顶一个   很好的方案   徐哟好好学习学习   

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cjhk| | 2013-6-3 18:44 | 只看该作者
希望以后楼主  能够共享更多这方面的**   促进大家共同进步

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xylvhp| | 2013-6-6 12:40 | 只看该作者
很好的资料,谢谢楼主 :)

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长春小王子| | 2013-8-22 20:51 | 只看该作者
2924565.ic98.com  
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ccbdf.alibole.com/

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a2582006460| | 2013-8-23 16:51 | 只看该作者

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乌月明星稀| | 2013-8-26 21:50 | 只看该作者
资料很不错。

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yan2626156| | 2013-11-15 17:30 | 只看该作者
mark

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rtgchym| | 2013-11-17 20:00 | 只看该作者
学习了,正好做这个。。

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lirizhi| | 2014-3-25 10:18 | 只看该作者
21IC 附件怎么下不了

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lyzimu| | 2014-3-25 11:16 | 只看该作者
mark  好帖~

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longfenghugui| | 2014-8-21 15:23 | 只看该作者

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zhugenping126| | 2014-11-14 11:20 | 只看该作者
谢谢了

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xdpzxh| | 2015-1-5 10:36 | 只看该作者
很好的资料

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