From Zero To Hero | 片内FLASH读写失败问题分析

FLASH，指Flash Memory，是一种非易失性存储器，也称为闪存。它能够在掉电的情况下正常保存数据。在STM32微控制器中，存储器通常包括内部SRAM、内部FLASH以及EEPROM（针对某些系列而言）。其中，FLASH通常被用于存储代码或数据，并且可通过读写操作进行访问。

不同系列、型号的STM32在FLASH的组织结构上可能略有不同。例如，大家所熟悉的STM32F1系列中，小容量存储器一页的大小只有1K，而大容量存储器一页的大小则是2K。此外，不同系列还采用不同的最小存储单元，有些以扇区为最小单元，最小扇区为16K，而有些则为128K。

本文主要以F4系列为例，描述有关FLASH存储器的相关内容。

1.Flash 结构

通常Flash包含几大块，这里以F40x为例：

• 主存储器：用来存放用户代码或数据。

• 系统存储器：用来存放出厂程序，一般是启动程序代码。

• OTP 区域：一小段一次性可编程区域，供用户存放特定的数据。

• 选项字节：存放与芯片资源或属性相关的配置信息。

2.*Flash* 常规操作

Flash 读、写（编程）、擦除：

• 128 位宽数据读取
• 字节、半字、字和双字数据写入
• 扇区擦除与全部擦除

（提示：不同系列可能存在差异，比如还有字节读取，页擦除等）

Flash 读、写保护：通过配置选项字节实现。

3.*Flash* 容量

STM32的Flash容量出厂已经决定，可根据型号得知容量大小。

4.存储器端格式

目前STM32存储器组织结构默认为小端格式：数据的低字节保存在内存的低地址。

更多内容请查阅芯片对应的参考手册。

*FLASH* 选项字节

STM32内部Flash具有读写保护功能，想要对Flash进行读写操作，首先要去除读写保护，读写保护通过配置选项字节完成。

配置选项字节，常见两种方式：1.软件编码；2.编程工具；

1.软件编码

比如STM32F4系列标准外设库库提供函数：

void         FLASH_OB_Unlock(void);
void         FLASH_OB_Lock(void);
void         FLASH_OB_WRPConfig(uint32_t OB_WRP, FunctionalState NewState);
void         FLASH_OB_WRP1Config(uint32_t OB_WRP, FunctionalState NewState);
void         FLASH_OB_PCROPSelectionConfig(uint8_t OB_PcROP);
void         FLASH_OB_PCROPConfig(uint32_t OB_PCROP, FunctionalState NewState);
void         FLASH_OB_PCROP1Config(uint32_t OB_PCROP, FunctionalState NewState);
void         FLASH_OB_RDPConfig(uint8_t OB_RDP);
void         FLASH_OB_UserConfig(uint8_t OB_IWDG, uint8_t OB_STOP, uint8_t OB_STDBY);
void         FLASH_OB_BORConfig(uint8_t OB_BOR);
void         FLASH_OB_BootConfig(uint8_t OB_BOOT);
FLASH_Status FLASH_OB_Launch(void);
uint8_t      FLASH_OB_GetUser(void);
uint16_t     FLASH_OB_GetWRP(void);
uint16_t     FLASH_OB_GetWRP1(void);
uint16_t     FLASH_OB_GetPCROP(void);
uint16_t     FLASH_OB_GetPCROP1(void);
FlagStatus   FLASH_OB_GetRDP(void);
uint8_t      FLASH_OB_GetBOR(void);

软件编码通过调用这些函数接口就可以配置选项字节。

2.编程工具

比如STM32CubeProg编程工具：

配置STM32选项字节，还可通过ST-LINK Utility、STVP等类似工具进行配置。

提示：不同型号的STM32选项字节可能略有差异。

*FLASH* 读写擦除操作

STM32内部Flash和其他外部Flash类似，支持读、写、擦除等常规操作。对内部Flash操作之前通常需要解锁、去保护等操作。

比如：

FLASH_OB_Lock();
FLASH_OB_WRPConfig(OB_WRP_Sector_All, ENABLE);
FLASH_OB_PCROPConfig(OB_PCROP_Sector_All, ENABLE);

1.读数据

读取内部Flash数据通常有两种方式：

• 通过程序（编码）读取
• 通过外部（编程）工具读取

程序（编码）读取：

uint32_t uwData32 = 0;
uint32_t uwAddress = 0x08001000;
uwData32 = *(__IO uint32_t*)uwAddress;

外部编程工具读取：

读取前提：没有读保护，设置好读取地址，长度、数据宽度等。

2.写数据

往STM32内部Flash写数据和读数据类似，但写数据地址不能有数据，也就是写之前要擦除数据。

所以，相对读数据，通常写之前需要一些额外操作，比如：

FLASH_Unlock();
FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_EOP | FLASH_FLAG_OPERR | FLASH_FLAG_WRPERR | 
                FLASH_FLAG_PGAERR | FLASH_FLAG_PGPERR|FLASH_FLAG_PGSERR); 

通过工具写数据，就是我们量产时说的下载数据，正式一点说法叫编程。

3.擦除数据

擦除数据通常分擦除页、扇区、整块，擦除时间也因型号不同、速度不同有差异。

提示：该部分内容建议参考官方提供的Demo（标准外设库和HAL都有基本例程）

FLASH 常见问题

STM32内部Flash主要用途是存储程序代码和数据。操作内部Flash要慎重，一旦操作不当就有可能会破坏整个程序。

问题一：编程（写数据）地址非对齐

写数据时，我们要指定写入的地址，如果写入地址为非对齐，则会出现编程对齐错误。

比如：

遵循32位（4字节）地址对齐，你的地址只能是4的倍数。0x08001000正确，0x08001001错误。

提示：不同型号对齐宽度可能不同，有的32位、有的128位等。

解决办法：通过“取余”判断地址。

问题二：编程地址数据未擦除

写数据之前需要擦除对应地址数据才能正常写入，否则会出现失败。

我们擦除数据通常是页，或扇区，写入某个地址数据，就可能影响其他地址的数据，如果直接覆盖就会出现问题。

解决办法：通常的做法是读出整页（或扇区）数据并缓存，再擦除整页，再写入。

问题三：擦除时读取数据

STM32内部Flash在进行写或擦除操作时，总线处于阻塞状态，此时读取Flash数据就会出现失败。【双BANK模式除外】

解决办法：通过标志判断写/擦除操作是否完成。

问题四：电压不稳定写入失败

处于外界干扰较大的环境，供电就有暂降的可能，而对STM32内部Flash进行操作时，如果低于特定电压就会出现编程失败。

操作Flash的最低电压既与工作频率有关，也与STM32型号有关（具体需要看数据手册）。

解决办法：通过完善硬件电路保证电压稳定。电源电压不够或不稳导致隐患往往不易觉察！！

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