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title: STM32 Flash的读写
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tags:
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- Flash读写
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categories:
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- STM32
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comments: true
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abbrlink: 31184d7e
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date: 2018-03-07 23:26:39
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images:
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这里记一下STM32F4板子FLASH的读写操作以及需要注意的地方。
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## FLASH的写操作
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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’ )。
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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()` 。
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<!---more--->
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## [ 正点原子](http://www.alientek.com/)的例子
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- 写入流程:
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- 解锁FLASH `FLASH_Unlock()`；
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- 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`；
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- 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；
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- 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 ；
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- 使能数据缓存`FLASH_DataCacheCmd(ENABLE)`，上锁FLASH `FLASH_Lock()`。
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```c
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//从指定地址开始写入指定长度的数据
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//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
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// 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
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// 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
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// 没有重要数据,最好是整个扇区先擦除了,然后慢慢往后写.
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//该函数对OTP区域也有效!可以用来写OTP区!
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//OTP区域地址范围:0X1FFF7800~0X1FFF7A0F
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//WriteAddr:起始地址(此地址必须为4的倍数!!)
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//pBuffer:数据指针
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//NumToWrite:字(32位)数(就是要写入的32位数据的个数.)
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void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr, u32 *pBuffer, u32 NumToWrite)
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{
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FLASH_Status status = FLASH_COMPLETE;
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u32 addrx = 0;
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u32 endaddr = 0;
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if(WriteAddr < STM32_FLASH_BASE || WriteAddr % 4)return; //非法地址
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FLASH_Unlock(); //解锁
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FLASH_DataCacheCmd(DISABLE);//FLASH擦除期间,必须禁止数据缓存
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addrx = WriteAddr; //写入的起始地址
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endaddr = WriteAddr + NumToWrite * 4; //写入的结束地址
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if(addrx < 0X1FFF0000) //只有主存储区,才需要执行擦除操作!!
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{
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while(addrx < endaddr) //扫清一切障碍.(对非FFFFFFFF的地方,先擦除)
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{
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if(STMFLASH_ReadWord(addrx) != 0XFFFFFFFF) //有非0XFFFFFFFF的地方,要擦除这个扇区
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{
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status = FLASH_EraseSector(STMFLASH_GetFlashSector(addrx), VoltageRange_3); //VCC=2.7~3.6V之间!!
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if(status != FLASH_COMPLETE)break; //发生错误了
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}
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else addrx += 4;
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}
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}
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if(status == FLASH_COMPLETE)
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{
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while(WriteAddr < endaddr) //写数据
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{
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if(FLASH_ProgramWord(WriteAddr, *pBuffer) != FLASH_COMPLETE) //写入数据
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{
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break; //写入异常
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}
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WriteAddr += 4;
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pBuffer++;
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}
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}
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FLASH_DataCacheCmd(ENABLE); //FLASH擦除结束,开启数据缓存
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FLASH_Lock();//上锁
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}
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```
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- 测试和分析
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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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```c
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int main(void)
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{
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...上续代码
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STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR, (u32 *)&txbuf, SIZE);//写入一些数据保证flash不全为'1'
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uprintf(USART1, "扇区预先不为全 '1'时写入:\r\n");
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uprintf(USART1, "写入长度:%d\r\n", TEXT_LENTH);
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//原子的例子擦除flash再写入数据
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STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR, (u32 *)&txbuf, SIZE);
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memset(readbuf,0,TEXT_LENTH);//清空数据读取
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StartTiming();
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STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR, (u32 *)&readbuf, SIZE);
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timems = GetTimeMs();
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uprintf(USART1, "读出耗时:%.3fms\r\n", timems);
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uprintf(USART1, "读出长度:%d\r\n----\r\n", TEXT_LENTH, strlen((const char *)readbuf));
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...下续代码
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}
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void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr, u32 *pBuffer, u32 NumToWrite)
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{
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...上续代码
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FLASH_DataCacheCmd(DISABLE);//FLASH擦除期间,必须禁止数据缓存
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StartTiming();//开始计时擦除扇区耗时
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.....上续代码
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timems = GetTimeMs();
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uprintf(USART1,"擦除扇区耗时 :%.3fms\r\n",timems);
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StartTiming();//开始写入计时
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if(status == FLASH_COMPLETE)
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{
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...上续代码
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FLASH_Lock();//上锁
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timems = GetTimeMs();//获取写入耗时
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uprintf(USART1, "写入耗时:%.3fms\r\n", timems);
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}
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/*测试结果 测试120、12K、120K(Byte)的数据*/
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扇区预先不为全 '1'时写入:
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写入长度:120
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擦除扇区耗时 :1046.720ms
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写入耗时:0.440ms
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读出耗时:0.020ms
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读出长度:120
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扇区预先不为全 '1'时写入:
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写入长度:12288
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擦除扇区耗时 :1050.220ms
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写入耗时:45.700ms
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读出耗时:0.380ms
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读出长度:12288
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扇区预先不为全 '1'时写入:
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写入长度:122880
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擦除扇区耗时 :1051.860ms
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写入耗时:458.700ms
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读出耗时:3.880ms
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读出长度:122880
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```
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## 改进擦除方式
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- 改进的一点想法
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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😈)。
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## 通用性考虑
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- 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。
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- 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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```c
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扇区预先不为全 '1'时写入:
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写入长度:120
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擦除扇区耗时 :1043.500ms
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写入耗时:0.460ms
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读出耗时:0.000ms
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读出长度:120
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扇区预先不为全 '1'时写入:
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写入长度:12288
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擦除扇区耗时 :1046.580ms
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写入耗时:45.700ms
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读出耗时:0.400ms
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读出长度:12288
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扇区预先不为全 '1'时写入:
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写入长度:122880
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擦除扇区耗时 :1050.860ms
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写入耗时:459.140ms
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读出耗时:3.900ms
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读出长度:122880
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```
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## 其他ByteSize方式写入
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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。
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## 分离操作的方式
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- 分离操作的意义
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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。
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- 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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```c
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分离操作方式写入flash:
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擦除扇区耗时:1023.320ms
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写入长度:120 byte
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写入耗时:0.440ms
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读出耗时:0.000ms
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读出长度:120 byte
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****
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分离操作方式写入flash:
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擦除扇区耗时:1015.140ms
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||
写入长度:12288 byte
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写入耗时:45.940ms
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||
读出耗时:0.400ms
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||
读出长度:12288 byte
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****
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合并操作方式写入flash:
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写入长度:122880
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擦除扇区耗时 :1010.480ms
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写入耗时:461.420ms
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||
读出耗时:3.900ms
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||
读出长度:122880
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int main（void）
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...上续代码
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uprintf(USART1, "分离操作方式写入flash:\r\n");
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StartTiming();
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status = StmEraseFlashSector(FLASH_SAVE_ADDR, TEXT_LENTH);
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//FLASH_DataCacheCmd(DISABLE);//FLASH擦除期间,必须禁止数据缓存
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//status = FLASH_EraseSector(STMFLASH_GetFlashSector(FLASH_SAVE_ADDR), VoltageRange_3); //VCC=2.7~3.6V之间!!
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if(status != FLASH_COMPLETE)
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{
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uprintf(USART1, "擦除扇区失败:%d\r\n",status); //发生错误了
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while(1) {};
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}
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timems = GetTimeMs();
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uprintf(USART1, "擦除扇区耗时:%.3fms\r\n", timems);
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uprintf(USART1, "写入长度:%d byte\r\n", TEXT_LENTH);
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||
StartTiming();
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//不需要擦除falsh直接写数据
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STMFLASH_WriteNoErase(FLASH_SAVE_ADDR, txbuf,TEXT_LENTH,ByteSize);
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timems = GetTimeMs();
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||
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));
|
||
}
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```
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## 后记
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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
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- flash的写入地址不是偶数就可以，得是4的倍数。
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- 无论是擦除还是写入都需要先解锁flash。读取则不需要。
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- 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。
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关于本文的代码详见于[Coding项目](https://coding.net/u/BycCoding/p/stm32f4_flash/git)。 |