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第四十章 FLASH模拟EEPROM实验
1)实验平台:正点原子Mini STM32H562开发板
2)章节摘自【正点原子】STM32H562开发指南 V1.0
3)购买链接: https://detail.tmall.com/item.htm?id=753606659612
4)全套实验源码+手册+视频下载地址:http://www.openedv.com/docs/boards/stm32/zdyz_stm32h562_mini.html
5)正点原子官方B站:https://space.bilibili.com/394620890
6)正点原子STM32开发板技术交流群:414052738
STM32H562本身没有自带EEPROM,但是STM32H562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STM32H562内部的FLASH来实现第三十四章实验类似的效果,不过这次我们是将数据直接存放在STM32H562内部,而不是存放在NOR FLASH。
本章分为如下几个小节:
40.1 STM32H562 FLASH简介
40.2 硬件设计
40.3 程序设计
40.4 下载验证
40.1 STM32H562 FLASH简介
STM32H562VIT6的FLASH容量为2048KB(2MB),STM32H562的闪存模块组织如图40.1.1所示:
图40.1.1 STM32H562闪存模块组织(2MB)
STM32H562内部的2MB FLASH分为2个块: Bank1和 Bank2。每个块包含128个扇区,每个扇区容量为8KB,并具128位FLASH字,每个字有9个ECC(误码校正)位。
关于STM32H562内部FLASH的详细说明,详见《STM32H5xx参考手册_V1(英文版).pdf》第7章相关内容。
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。
40.1.1 闪存的读取
为了准确读取Flash数据,必须根据HCLK时钟频率和Vcore电压范围在Flash存取控制寄存器(FLASH_ACR)中正确地设置等待周期数(LATENCY)。Flash等待周期与HCLK时钟频率之间的对应关系,如表40.1.1.2所示:
表40.1.1.2 HCLK时钟频率对应的FLASH等待周期表
等待周期通过FLASH_ACR寄存器的LATENCY[3:0]三个位设置。为了得到更佳的FLASH访问性能,我们设置Vcore电压范围为VOS0级别(1.30V~1.40V)。我们设置等待周期为5(LATENCY[3:0]=5),否则FLASH读写可能出错,导致死机。
STM32H562的FLASH读取是很简单的。例如,我们要从地址addr,读取一个字(一个字为32位),可以通过如下的语句读取:
Data = *(volatile uint32_t *)faddr; 将faddr强制转换为volatile uint32_t指针,然后取该指针所指向的地址的值,即得到了faddr地址的值。类似的,将上面的volatile uint32_t改为volatile uint8_t,即可读取指定地址的一个字节。相对FLASH读取来说,STM32H562 FLASH的写就复杂一点了,下面我们介绍STM32H562闪存的编程和擦除。
40.1.2 闪存的编程和擦除
在对 STM32H562的Flash执行写入或擦除操作期间,任何读取Flash的尝试都会导致总线阻塞。只有在完成编程操作后,才能正确处理读操作。这意味着,写/擦除操作进行期间不能从Flash中执行代码或数据获取操作。
STM32H562用户闪存的编程一般由5个32位寄存器控制,分别是:
FLASH访问控制寄存器(FLASH_ACR)
FLASH非安全秘钥寄存器(FLASH_NSKEYR)
FLASH非安全状态寄存器(FLASH_NSSR)
FLASH非安全控制寄存器(FLASH_NSCR)
FLASH非安全清除与控制寄存器(FLASH_NSCCR)
STM32H562复位后,FLASH编程操作是被保护的,不能写入FLASH_NSCR寄存器;通过写入特定的序列(0X45670123和0XCDEF89AB)到FLASH_NSKEYR寄存器才可解除写保护,只有在写保护被解除后,我们才能操作相关寄存器。
FLASH_NSCR的解锁序列为:
1,写0X45670123到FLASH_KEYR
2,写0XCDEF89AB到FLASH_KEYR
通过这两个步骤,即可解锁FLASH_NSCR,如果写入错误,那么FLASH_NSCR将被锁定,直到下次复位后才可以再次解锁。
STM32H562闪存的编程位数固定为128位,也就是每次写入数据必须为4个字(32字节),如果不够4个字,可以在后面进行补零写入,否则后续的内容将不可预知。而且,写入首地址必须是32的整数倍,否则会影响前后数据。
举例来说,假设我们要往:0X0810 0000这个地址写入一个字节的数据,则写入一个字节数据的同时,也会影响接下来31字节的内容,因此,如果你只需要写入一个字节,则可以将后面的31字节全部填充成0,然后组成一个32字节数组(128位),一次写入。而且,如果你写入数据的首地址不是32的倍数,比如往0X0810 0004这里,写入1个字节数据,则会把地址:0X0810 0000 ~ 0X0810 0003的数据也损坏掉(擦除)。所以,记住STM32H5 FLASH写入的规则:写入首地址必须是32的倍数,写入数据长度必须是32字节的倍数。
FLASH配置步骤
STM32H562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0XFFFFFFFF),否则无法写入。STM32H562的标准编程步骤如下:
1,检查FLASH_NSCR的LOCK是否解锁,如果没有则先解锁
2,检查FLASH_NSSR中的BSY位,确保当前未执行任何FLASH操作。
3,将FLASH_NSCR寄存器中的PG位置1,激活FLASH编程。
4,在指定的存储器地址,写入数据(一次写入32字节,不能超过32字节)
5,等待BSY位清零,完成一次编程。
按以上五步操作,就可以完成一次FLASH编程。不过需要注意:编程前,要确保要写如地址的FLASH已经擦除。
在STM32H562的FLASH编程的时候,要先判断缩写地址是否被擦除了,所以,我们有必要再介绍一下STM32H562的闪存擦除,STM32H562的闪存擦除分为两种:扇区擦除和块擦除。
扇区擦除步骤如下:
1,检查FLASH_NSCR的LOCK是否解锁,如果没有则先解锁。
2,检查FLASH_NSSR寄存器中的BSY 位,确保当前未执行任何FLASH操作。
3,在FLASH_NSCR寄存器中,将SER位置1,并设置SNB,选择要删除的扇区。
4,将FLASH_NSCR寄存器中的START位置1,触发擦除操作。
5,等待BSY位清零。
经过以上五步,就可以擦除某个扇区。本章,我们只用到了STM32H562的扇区擦除功能。块擦除功能我们在这里就不介绍了,想了解的朋友请看《STM32H5xx参考手册_V1(英文版).pdf》的相关内容。
40.1.3 FLASH寄存器
Flash访问控制寄存器(FLASH_ACR)
Flash访问控制寄存器描述如图40.1.3.1所示:
图40.1.3.1 FLASH_ACR寄存器
WRHIGHFREQ[1:0]位,用于控制FLASH编程操作时的延迟,必须根据FLASH操作频率(HCLK)进行正确的设置,请参考表40.1.1.2设置。我们的HCLK设置的是250MHz,所以设置WRHIGHFREQ[1:0]=10即可。
LATENCY[3:0]位,用于控制FLASH读延迟,必须根据我们MCU内核的工作电压和频率,来进行正确的设置,否则,可能死机,设置规则见表40.1.1.2。例程中,我们设置LATENCY[3:0] = 0101,即5个等待状态。
FLASH非安全密钥寄存器(FLASH_NSKEYR)
FLASH非安全密钥寄存器描述如图40.1.3.2所示:
图40.1.3.2 FLASH_NSKEYR寄存器
该寄存器主要用来解锁FLASH_NSCR,必须在该寄存器写入特定的序列(KEY1和KEY2)解锁后,才能对FLASH_NSCR寄存器进行写操作。KEY1= 0x4567 0123,KEY2 = 0xCDEF 89AB。
FLASH非安全控制寄存器(FLASH_NSCR)
FLASH非安全控制寄存器描述如图40.1.3.3所示:
图40.1.3.3 FLASH_NSCR寄存器
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。
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。
SER位,该位用于选择扇区擦除操作,在扇区擦除的时候,需要将该位置1。
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。
SNB[6:0]位,这6个位用于选择要擦除的扇区编号,取值范围为0~127。
其它位,我们就不在这里介绍了,请大家参考《STM32H5xx参考手册_V1(英文版).pdf》 。
FLASH非安全状态寄存器(FLASH_NSSR)
FLASH非安全状态寄存器描述如图40.1.3.4所示:
图40.1.3.4 FLASH_NSSR寄存器
BSY位:表示BANK当前正在执行编程操作,必须等待该位为0,才可以执行其他操作。
WBNE位:表示BANK写BUFFER是否为空。当该位为1时,表示写BUFFER里面还有数据待写入FLASH,需要等待该位为0,才表示数据写入全部完成了。
DBNE位:表示数据缓冲区不空标志,0:数据缓冲区未使用;1:表示数据缓冲区已用,需要等待。
最后,FLASH非安全清除控制寄存器FLASH_NSCCR用于清除相关错误,这里我们就不做介绍了,详见《STM32H5xx参考手册_V1(英文版).pdf》第7.11.13节。
40.2 硬件设计
1. 例程功能
按键KEY1控制写入FLASH的操作,按键KEY0控制读出操作,并在TFTLCD模块上显示相关信息,还可以借助USMART进行读取或者写入操作。LED0闪烁用于提示程序正在运行。
2. 硬件资源
1)LED灯
LED0 - PB4
2)串口1(PA9/PA10连接在板载USB转串口芯片CH340上面)
3)正点原子2.8/3.5/4.3/7寸TFTLCD模块(仅限MCU屏,16位8080并口驱动)
4)独立按键 :KEY0 - PA1、KEY1 - PA15
5)STM32H5内部FLASH
40.3 程序设计
40.3.1 FLASH的HAL库驱动
FLASH在HAL库中的驱动代码在stm32h5xx_hal_flash.c和stm32h5xx_hal_flash_ex.c文件(及其头文件)中。
1. HAL_FLASH_Unlock函数
解锁闪存控制寄存器访问的函数,其声明如下:
- HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Unlock(void);
复制代码 函数描述:
用于解锁闪存控制寄存器的访问,在对FLASH进行写操作前必须先解锁,解锁操作也就是必须在FLASH_KEYR寄存器写入特定的序列(KEY1和KEY2)。
函数形参:无
函数返回值:HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
2. HAL_FLASH_Lock函数
锁定闪存控制寄存器访问的函数,其声明如下:
- HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Lock (void);
复制代码 函数描述:
用于锁定闪存控制寄存器的访问。
函数形参:无
函数返回值:HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
3. HAL_FLASHEx_Erase函数
闪存擦除函数,其声明如下:
- HAL_StatusTypeDef HAL_FLASHEx_Erase(FLASH_EraseInitTypeDef *pEraseInit,
- uint32_t *SectorError);
复制代码 函数描述:
该函数用于大量擦除或擦除指定的闪存扇区。
函数形参:
形参1是FLASH_EraseInitTypeDef结构体类型指针变量。
形参2是uint32_t类型指针变量,存放错误码,0xFFFFFFFF值表示扇区已被正确擦除,其它值表示擦除过程中的错误扇区。。
函数返回值:HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
4. FLASH_WaitForLastOperation函数
等待FLASH操作完成函数,其声明如下:
- HAL_StatusTypeDef FLASH_WaitForLastOperation(uint32_t Timeout, uint32_t Bank);
复制代码 函数描述:
该函数用于等待FLASH操作完成。
函数形参:
形参1是FLASH操作超时时间。
形参2是等待BANK1还是BANK2操作完成,这里我们用的H750只能选择BANK1。
函数返回值:
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
40.3.2 程序流程图
图40.3.2.1 FLASH模拟EEPROM实验程序流程图
40.3.3 程序解析
1. STMFLASH驱动代码
这里我们只讲解核心代码,详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。STM FLASH驱动源码包括两个文件:stmflash.c和stmflash.h。
stmflash.h头文件做了一些比较重要的宏定义,定义如下:
- /* FLASH起始地址 */
- #define STM32_FLASH_BASE 0x08000000 /* STM32 FLASH 起始地址 */
- #define STM32_FLASH_SIZE 0x200000 /* STM32 FLASH 总大小 */
复制代码 STM32_FLASH_BASE和STM32_FLASH_SIZE分别是FLASH的起始地址和FLASH总大小,这两个宏定义随着芯片是固定的。
下面我们开始介绍stmflash.c的程序,具体程序源码如下:
- /**
- * @brief 从指定地址读取一个字 (32位数据)
- * [url=home.php?mod=space&uid=271674]@param[/url] faddr : 读取地址 (此地址必须为4倍数!!)
- * @retval 读取到的数据 (32位)
- */
- uint32_t stmflash_read_word(uint32_t faddr)
- {
- return *(volatile uint32_t *)faddr;
- }
- /**
- * @brief 从指定地址开始读出指定长度的数据
- * @param raddr : 起始地址
- * @param pbuf : 数据指针
- * @param length: 要读取的字(32位)数,即4个字节的整数倍
- * @retval 无
- */
- void stmflash_read(uint32_t raddr, uint32_t *pbuf, uint32_t length)
- {
- uint32_t i;
- for (i = 0; i < length; i++)
- {
- pbuf[i] = stmflash_read_word(raddr);/* 读取4个字节 */
- raddr += 4; /* 偏移4个字节 */
- }
- }
- /**
- * @brief 获取某个地址所在的flash扇区
- * @param addr: flash地址
- * @retval 指定地址所在的flash扇区
- */
- static uint32_t stmflash_get_flash_sector(uint32_t addr)
- {
- uint32_t sector = 0;
- if ((addr >= FLASH_BASE) && (addr < FLASH_BASE + FLASH_BANK_SIZE))
- {
- sector = (addr & ~FLASH_BASE) / FLASH_SECTOR_SIZE;
- }
- else if ((addr >= FLASH_BASE + FLASH_BANK_SIZE)
- && (addr < FLASH_BASE + FLASH_SIZE))
- {
- sector = ((addr & ~FLASH_BASE) - FLASH_BANK_SIZE) / FLASH_SECTOR_SIZE;
- }
- else
- {
- sector = 0xFFFFFFFF; /* 地址溢出 */
- }
- return sector;
- }
- /**
- * @brief 获取某个地址所在的flash bank
- * @param addr: flash地址
- * @retval 返回值是:FLASH_BANK_1、FLASH_BANK_2、0xFFFFFFFF(表示地址溢出)
- */
- static uint32_t stmflash_get_flash_bank(uint32_t addr)
- {
- uint32_t bank = 0;
- if((addr >= FLASH_BASE) && (addr < FLASH_BASE + FLASH_BANK_SIZE))
- {
- bank = FLASH_BANK_1;
- }
- else if ((addr >= FLASH_BASE + FLASH_BANK_SIZE)
- && (addr < FLASH_BASE + FLASH_SIZE))
- {
- bank = FLASH_BANK_2;
- }
- else
- {
- bank = 0xFFFFFFFF; /* 地址溢出 */
- }
- return bank;
- }
- /**
- * @brief 向指定地址写入指定长度的数据
- * @param waddr : 指定写入数据的起始地址
- * @param pbuf : 保存写入数据的起始地址
- * @param length: 指定写入数据的长度,单位:字
- * @retval 无
- */
- void stmflash_write(uint32_t waddr, uint32_t *pbuf, uint32_t length)
- {
- uint32_t addrx;
- uint32_t endaddr;
- uint32_t first_sector = 0;
- uint32_t num_sectors = 0;
- uint32_t bank_number = 0;
- uint32_t erase_addr; /* 擦除错误,这个值为发生错误的扇区地址 */
- FLASH_EraseInitTypeDef flash_erase_init = {0};
- HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;
- if ((waddr < STM32_FLASH_BASE) || /* 指定地址小于flash的起始地址 */
- (waddr>(STM32_FLASH_BASE+STM32_FLASH_SIZE)) || /* 指定地址大于flash的末地址 */
- waddr % 4) /* 指定地址没有按4字节对齐 */
- {
- return; /* 非法地址 */
- }
- HAL_ICACHE_Disable(); /* 禁用指令缓存 */
- HAL_FLASH_Unlock(); /* FLASH解锁 */
- addrx = waddr; /* 数据写入的起始地址 */
- endaddr = waddr + length * 4; /* 数据写入的结束地址 */
- first_sector = stmflash_get_flash_sector(addrx); /* 获取要擦除的第一个扇区 */
- /* 获取要擦除的扇区数 */
- num_sectors = stmflash_get_flash_sector(endaddr) - first_sector + 1;
- bank_number = stmflash_get_flash_bank(addrx); /* 获取给定地址的bank */
- if (addrx < 0x081FFFFF) /* 只有主存储区,才需要进行擦除操作 */
- {
- while (addrx < endaddr) /* 扫清一切障碍(对非FFFFFFFF的地方,先擦除) */
- {
- if((uint32_t)stmflash_read_word(addrx)!=0xFFFFFFFF)/*存在非0xFFFFFFFF*/
- {
- flash_erase_init.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;/* 扇区擦除 */
- flash_erase_init.Banks = bank_number; /* 擦除所在的bank */
- flash_erase_init.Sector = first_sector; /* 要擦除的第一个扇区 */
- flash_erase_init.NbSectors = num_sectors; /* 要擦除的扇区数 */
- status = HAL_FLASHEx_Erase( &flash_erase_init, &erase_addr);
- if (status == HAL_OK) /* 擦除成功 */
- {
- break;
- }
- }
- else /* 无需擦除 */
- {
- addrx += 4;
- }
- }
- }
-
- if (status == HAL_OK) /* 擦除扇区没有错误 */
- {
- for(int i = 0; i < length; i++)
- {
- HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_QUADWORD, waddr,
- (uint32_t)&pbuf[i]);
- waddr += 4;
- }
- }
-
- HAL_FLASH_Lock(); /* 上锁 */
- HAL_ICACHE_Enable(); /* 启用指令缓存 */
- }
- /****************************************************************************/
- /* 测试用代码 */
- /**
- * @brief 测试写数据(写1个字)
- * @param waddr : 起始地址
- * @param wdata : 要写入的数据
- * @retval 读取到的数据
- */
- void stmflash_test_write(uint32_t waddr, uint32_t wdata)
- {
- stmflash_write(waddr, &wdata, 1); /* 写入一个字 */
- }
复制代码 该部分代码,我们重点介绍一下stmflash_write函数,该函数用于在STM32H562的指定地址写入指定长度的数据,有几个要注意的点:
1,写入地址必须是用户代码区以外的地址。
2,写入地址必须是32的倍数。
3,单次写入长度必须是32字节的倍数(4个字)。
第 1 点比较好理解,如果把用户代码给擦除了,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。另外,STM32H562的扇区大小为8KB,而FLASH的擦除方式是以扇区为单位进行擦除的,所以建议大家使用该函数的时候,写入地址定位到用户代码占用扇区以外的扇区,比较保险。
第2点和第3点则是由于STM32H5的FLASH特性,每次写入必须是128位宽,也就是16字节,因此写入首地址必须是16字节的倍数,且写入数据长度必须是32字节的倍数。
2. main.c代码
在main.c里面编写如下代码:
- /* 要写入到STM32 FLASH的字符串数组 */
- const uint8_t g_text_buf[] = {"STM32 FLASH TEST"};
- #define TEXT_LENTH sizeof(g_text_buf) /* 数组长度 */
- /*SIZE表示半字长(4字节), 大小必须是4的整数倍, 如果不是的话, 强制对齐到4的整数倍 */
- #define SIZE TEXT_LENTH / 4 + ((TEXT_LENTH % 4) ? 1 : 0)
- /* 设置FLASH 保存地址(必须为4的倍数,且所在扇区,要大于本代码所占用到的扇区.
- 否则,写操作的时候,可能会导致擦除整个扇区,从而引起部分程序丢失.引起死机 */
- #define FLASH_SAVE_ADDR 0X08020000
- int main(void)
- {
- uint8_t key = 0;
- uint8_t i = 0;
- uint8_t datatemp[SIZE];
- HAL_Init(); /* HAL库初始化 */
- HAL_ICACHE_Enable(); /* 使能指令缓存 */
- sys_stm32_clock_init(250, 4, 2, 2); /* 系统时钟初始化, 250Mhz */
- delay_init(250); /* 延时初始化 */
- usart_init(115200); /* 串口初始化 */
- usmart_dev.init(250); /* USMART初始化 */
- led_init(); /* LED初始化 */
- key_init(); /* 按键初始化 */
- lcd_init(); /* LCD初始化 */
- lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
- lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "FLASH EEPROM TEST", RED);
- lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
- lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY1:Write KEY0:Read", RED);
- while (1)
- {
- key = key_scan(0);
- if (key == KEY1_PRES) /* KEY1按下,写入STM32 FLASH */
- {
- lcd_fill(0, 150, 239, 319, WHITE); /* 清除半屏 */
- lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "Start Write FLASH....", RED);
- stmflash_write(FLASH_SAVE_ADDR, (uint32_t *)g_text_buf, SIZE);
- lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "FLASH Write Finished!", RED);
- }
- if (key == KEY0_PRES) /* KEY0按下,读取字符串并显示 */
- {
- lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "Start Read FLASH.... ", RED);
- stmflash_read(FLASH_SAVE_ADDR, (uint32_t *)datatemp, SIZE);
- lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "The Data Readed Is: ", RED);
- lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, (char *)datatemp, BLUE);
- }
- i++;
- delay_ms(10);
- if (i >= 20)
- {
- LED0_TOGGLE(); /* 提示系统正在运行 */
- i = 0;
- }
- }
- }
复制代码 主函数代码逻辑比较简单,当检测到按键KEY1按下后往FLASH指定地址开始的连续地址空间写入一段数据,当检测到按键KEY0按下后读取FLASH指定地址开始的连续空间数据。最后,我们将stmflash_read_word和test_write函数加入USMART控制,这样,我们就可以通过串口调试助手,调用STM32H562的FLASH读写函数,方便测试。
40.4 下载验证
将程序下载到开发板后,可以看到LED0不停的闪烁,提示程序已经在运行了。LCD显示的内容如图40.4.1所示:
图40.4.1程序运行效果图
通过先按KEY1按键写入数据,然后按KEY0读取数据,得到如图40.4.2所示:
图40.4.2 操作后的显示效果图
本实验的测试,我们还可以借助USMART,调用:stmflash_read_word和test_write函数进行测试! |
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