STM32 Flash的读写

这里记一下STM32F4板子FLASH的读写操作以及需要注意的地方。

FLASH的写操作

  1. FLASH由 ‘1’ 变为 ‘0’ 不能由 ‘0’ 变为 ‘1’ ，所以在写入之间需要检测是否为 ‘1’ ,并且擦除flash只能按照一个扇区来删除，由上可知，我们写入之前必须确保我们需要写入的地址读回来的值是0XFF，如果不是0XFF就需要将整个扇区擦除(扇区变为全 ‘1’ )。
  2. 写入操作(包括擦除)之前需要将FLASH解锁 FLASH_Unlock()，操作完成之后需要将FLASH上锁 FLASH_Lock() 。

正点原子的例子

  • 写入流程:
    • 解锁FLASH FLASH_Unlock()；
    • 禁止数据缓存FLASH_DataCacheCmd(DISABLE),根据你传入的起始地址 WriteAddr 和写入的字节数 NumToWrite 计算出结束地址 endaddr；
    • 遍历整个写入范围，一旦发现非 ’1‘ 数据的出现就擦除整个扇区，他这里是字(Word)来检测的，所以地址 addrx 每次加4；
    • 检测完毕并且擦除之后，进入写操作，每次写入一个字(4byte)的数据。所以 WriteAddr 每次加4, u32 *pBuffer 每次加1 ；
    • 使能数据缓存FLASH_DataCacheCmd(ENABLE)，上锁FLASH FLASH_Lock()。
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//从指定地址开始写入指定长度的数据
//特别注意:因为STM32F4的扇区实在太大,没办法本地保存扇区数据,所以本函数
//     写地址如果非0XFF,那么会先擦除整个扇区且不保存扇区数据.所以
//     写非0XFF的地址,将导致整个扇区数据丢失.建议写之前确保扇区里
//     没有重要数据,最好是整个扇区先擦除了,然后慢慢往后写.
//该函数对OTP区域也有效!可以用来写OTP区!
//OTP区域地址范围:0X1FFF7800~0X1FFF7A0F
//WriteAddr:起始地址(此地址必须为4的倍数!!)
//pBuffer:数据指针
//NumToWrite:字(32位)数(就是要写入的32位数据的个数.)
void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr, u32 *pBuffer, u32 NumToWrite)
{
    FLASH_Status status = FLASH_COMPLETE;
    u32 addrx = 0;
    u32 endaddr = 0;
    if(WriteAddr < STM32_FLASH_BASE || WriteAddr % 4)return;	//非法地址
    FLASH_Unlock();									//解锁
    FLASH_DataCacheCmd(DISABLE);//FLASH擦除期间,必须禁止数据缓存

    addrx = WriteAddr;				//写入的起始地址
    endaddr = WriteAddr + NumToWrite * 4;	//写入的结束地址
    if(addrx < 0X1FFF0000)			//只有主存储区,才需要执行擦除操作!!
    {
    while(addrx < endaddr)		//扫清一切障碍.(对非FFFFFFFF的地方,先擦除)
    {
        if(STMFLASH_ReadWord(addrx) != 0XFFFFFFFF) //有非0XFFFFFFFF的地方,要擦除这个扇区
        {
        status = FLASH_EraseSector(STMFLASH_GetFlashSector(addrx), VoltageRange_3); //VCC=2.7~3.6V之间!!
        if(status != FLASH_COMPLETE)break;	//发生错误了
        }
        else addrx += 4;
    }
    }
    if(status == FLASH_COMPLETE)
    {
    while(WriteAddr < endaddr) //写数据
    {
        if(FLASH_ProgramWord(WriteAddr, *pBuffer) != FLASH_COMPLETE) //写入数据
        {
        break;	//写入异常
        }
        WriteAddr += 4;
        pBuffer++;
    }
    }
    FLASH_DataCacheCmd(ENABLE);	//FLASH擦除结束,开启数据缓存
    FLASH_Lock();//上锁
}
  • 测试和分析
    经过实验，擦除扇区的时间是很久的，擦除128KByte的扇区大概需要1s多。并且，不解锁虽然可以通过擦除函数并且返回 FLASH_COMPLETE 但是实际并没有擦除成功。我开始以为他这个耗时主要体现在读和判断，擦除操作比较快，😒但其实读120KByte的数据只需要3.9ms加上判断的时间也没多少主要的时间耗费在擦除操作上。😆另一个体现就是如果在 Keil 的工程选项里把擦除全部flash勾选，下载前的擦除的时间是很长的。下面是测试代码和解释结果。测试结果可以看出，擦除的时间并没有很大变化，因为都是需要一次性操作一个扇区，只要不超过一个扇区的长度都不会变化很大。写入和读出的时间保持线性变化。所有的测试都是用原子官方例程按照WORD(32bit)来写入的。
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int main(void)
{
...上续代码
  STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR, (u32 *)&txbuf, SIZE);//写入一些数据保证flash不全为'1'
  uprintf(USART1, "扇区预先不为全 '1'时写入:\r\n");
  uprintf(USART1, "写入长度:%d\r\n", TEXT_LENTH);
  //原子的例子擦除flash再写入数据
  STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR, (u32 *)&txbuf, SIZE);
  memset(readbuf,0,TEXT_LENTH);//清空数据读取
  StartTiming();
  STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR, (u32 *)&readbuf, SIZE);
  timems = GetTimeMs();
  uprintf(USART1, "读出耗时:%.3fms\r\n", timems);
  uprintf(USART1, "读出长度:%d\r\n----\r\n", TEXT_LENTH, strlen((const char *)readbuf));
...下续代码
}

void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr, u32 *pBuffer, u32 NumToWrite)
{
...上续代码
  FLASH_DataCacheCmd(DISABLE);//FLASH擦除期间,必须禁止数据缓存
  StartTiming();//开始计时擦除扇区耗时
.....上续代码
	timems = GetTimeMs(); 
	uprintf(USART1,"擦除扇区耗时 :%.3fms\r\n",timems);
	StartTiming();//开始写入计时
    if(status == FLASH_COMPLETE)
    {
...上续代码
 FLASH_Lock();//上锁
 timems = GetTimeMs();//获取写入耗时
 uprintf(USART1, "写入耗时:%.3fms\r\n", timems);
}
/*测试结果 测试120、12K、120K(Byte)的数据*/
扇区预先不为全 '1'时写入:
写入长度:120
擦除扇区耗时 :1046.720ms
写入耗时:0.440ms
读出耗时:0.020ms
读出长度:120 
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扇区预先不为全 '1'时写入:
写入长度:12288
擦除扇区耗时 :1050.220ms
写入耗时:45.700ms
读出耗时:0.380ms
读出长度:12288 
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扇区预先不为全 '1'时写入:
写入长度:122880
擦除扇区耗时 :1051.860ms
写入耗时:458.700ms
读出耗时:3.880ms
读出长度:122880 
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改进擦除方式

  • 改进的一点想法
    根据正点原子的测试结果来看，擦除扇区的时间是不可避免的，无非就是暴力一点不检测直接擦除(因为通常来说，如果你存储在固定的flash地址除了第一次之后都会有数据)。这样搞了之后从测试的结果来看提升并不明显。写120KByte的数据下擦除时间少了4ms左右😔(少了读取和判断的时间)。所以擦除的方式并没有很好的改进方法(标题党😈)。

通用性考虑

  • 通过正点原子的例子熟悉了Flash的读写，但是只支持4字节对齐(WORD)的操作,我看了一下库的函数是可以支持 BYTE，HALFWORD,WORD, 和 DOUBLEWORD 的，不过 DOUBLEWORD 需要外部Vpp。所以想改进一些支持库函数里的各种byte(1-4) 的操作。
  • 修改好之后测试一下测试代码和上面原版的差不多。只是写入函数换成了修改之后的STMFLASH_WriteWithErase，测试结果如下,测试的时候用的是WORD方式写入。和原子基本没有差别。
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    扇区预先不为全 '1'时写入:
    写入长度:120
    擦除扇区耗时 :1043.500ms
    写入耗时:0.460ms
    读出耗时:0.000ms
    读出长度:120 
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    扇区预先不为全 '1'时写入:
    写入长度:12288
    擦除扇区耗时 :1046.580ms
    写入耗时:45.700ms
    读出耗时:0.400ms
    读出长度:12288 
    ----
    扇区预先不为全 '1'时写入:
    写入长度:122880
    擦除扇区耗时 :1050.860ms
    写入耗时:459.140ms
    读出耗时:3.900ms
    读出长度:122880 
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其他ByteSize方式写入

相对于用WORD来说用其他方式写入flash是要慢一些的。采用 BYTE 方式需要 大概1832ms,采用HALFWORD方式需要920ms左右。因为擦除都是采用的VoltageRange_3也就是WORD方式所以擦除时间差不多。

分离操作的方式

  • 分离操作的意义
    把擦除和写入分开。考虑到一个扇区是非常大的，一个扇区可能会存储多种数据。如果写入之前有数据就会导致整个扇区被擦除，数据就会丢失。所以采用分离的办法，把数据的写入和擦除分隔开，根据需要选择是否擦除扇区内的数据，保证在擦除的操作之前有相应的备份操作就OK了。这样即使忘记擦除那么也只是新的数据没法正确写到flash里面，其他部分的数据就不会被擦除，这样有利于更好的数据完整性。
  • 测试结果和测试代码,经过测试分离之后的操作和没分离的时间上基本没什么差别，
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    分离操作方式写入flash:
    擦除扇区耗时:1023.320ms
    写入长度:120 byte
    写入耗时:0.440ms
    读出耗时:0.000ms
    读出长度:120 byte
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    分离操作方式写入flash:
    擦除扇区耗时:1015.140ms
    写入长度:12288 byte
    写入耗时:45.940ms
    读出耗时:0.400ms
    读出长度:12288 byte
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    合并操作方式写入flash:
    写入长度:122880
    擦除扇区耗时 :1010.480ms
    写入耗时:461.420ms
    读出耗时:3.900ms
    读出长度:122880 
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    int main（void）
    {
    ...上续代码
        uprintf(USART1, "分离操作方式写入flash:\r\n");
        StartTiming();
        status = StmEraseFlashSector(FLASH_SAVE_ADDR, TEXT_LENTH);
        //FLASH_DataCacheCmd(DISABLE);//FLASH擦除期间,必须禁止数据缓存
        //status = FLASH_EraseSector(STMFLASH_GetFlashSector(FLASH_SAVE_ADDR), VoltageRange_3); //VCC=2.7~3.6V之间!!
        if(status != FLASH_COMPLETE)
        {
            uprintf(USART1, "擦除扇区失败:%d\r\n",status);    //发生错误了
            while(1) {};
        }
        timems = GetTimeMs();
        uprintf(USART1, "擦除扇区耗时:%.3fms\r\n", timems);
    		uprintf(USART1, "写入长度:%d byte\r\n", TEXT_LENTH);
        StartTiming();
        //不需要擦除falsh直接写数据
        STMFLASH_WriteNoErase(FLASH_SAVE_ADDR, txbuf,TEXT_LENTH,ByteSize);
        timems = GetTimeMs();
        uprintf(USART1, "写入耗时:%.3fms\r\n", timems);
    		memset(readbuf,0,TEXT_LENTH);//清空数据读取
        StartTiming();
        STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR,readbuf, TEXT_LENTH,ByteSize);
        timems = GetTimeMs();
        uprintf(USART1, "读出耗时:%.3fms\r\n", timems);
        uprintf(USART1, "读出长度:%d byte\r\n****\r\n", TEXT_LENTH, strlen((const char *)readbuf)); 	
    }

后记

搞了几天才把这个写完整。中途也进了好多的坑，浪费了好长时间。不过还是写完了。说一点注意的地方

  • flash的写入地址不是偶数就可以，得是4的倍数。
  • 无论是擦除还是写入都需要先解锁flash。读取则不需要。
  • 对于同一个扇区的建议用分离的操作，并且在操作前根据需要把其他的数据读出来备份一下在写进去。

关于本文的代码详见于Coding项目。

STM32
#Flash读写
STM32 Flash的读写
http://example.com/2018/03/07/STM32-Flash-Write-Read/
作者
Ekko bao
发布于
2018年3月7日
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