第四十章 FLASH模拟EEPROM实验

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：

l FLASH访问控制寄存器(FLASH_ACR)

l FLASH非安全秘钥寄存器(FLASH_NSKEYR)

l FLASH非安全状态寄存器(FLASH_NSSR)

l FLASH非安全控制寄存器(FLASH_NSCR)

l 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

l 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。

l 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。

l 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》。

l 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);

l 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）。

l 函数形参：无

l 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);

l 函数描述：

用于锁定闪存控制寄存器的访问。

l 函数形参：无

l 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);

l 函数描述：

该函数用于大量擦除或擦除指定的闪存扇区。

l 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。。

l 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);

l 函数描述：

该函数用于等待FLASH操作完成。

l 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。

l 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 */

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)
 * @param       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 */
}

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;
        }
    }
}

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！

ITPub博客

《STM32H562开发指南 V1.0 》第四十章 FLASH模拟EEPROM实验

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