正点原子nand flash 「正点原子FPGA连载」第十一章QSPI Flash读写测试-资讯-上海羊羽卓进出口贸易有限公司

正点原子nand flash 「正点原子FPGA连载」第十一章QSPI Flash读写测试

发布时间 : 2024-11-25

作者 : 小编

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「正点原子FPGA连载」第十一章QSPI Flash读写测试

1）摘自【正点原子】领航者 ZYNQ 之嵌入式开发指南

2）实验平台：正点原子领航者ZYNQ开发板3）平台购买地址：https://item.taobao.com/item.htm?&id=6061601087614）全套实验源码+手册+视频下载:http://www.openedv.com/docs/boards/fpga/zdyz_linhanz.html5）对正点原子FPGA感兴趣的同学可以加群讨论：8767449006）关注正点原子公众号，获取最新资料

第十一章QSPI Flash读写测试实验

Quad-SPI Flash控制器是PS内部输入/输出外设（IOP）的一部分，用来访问多位串行Flash存储器件，适合于使用较少的引脚数目达到较高数据带宽的应用场景。本章我们将通过QSPI Flash控制器，来完成对QSPI Flash的读写操作。本章包括以下几个部分：1111.1简介11.2实验任务11.3硬件设计11.4软件设计11.5下载验证11.1简介ZYNQ中的QSPI Flash控制器可以工作在三种模式下：I/O模式、线性地址模式，以及传统SPI模式。在I/O模式中，软件负责实现Flash器件的通信协议。软件需要将Flash命令和数据写到控制器中的TXD寄存器中，然后将接收到的数据从RXD寄存器中读出。而线性地址模式则使用一组器件操作来减小软件从Flash中读取数据的开销。线性模式使用硬件来实现来自AXI接口的命令到Flash指令的转换。对用户来说，在线性模式下读QSPI Flash就像读取ROM一样简单。但是该模式只支持读操作，不支持写操作。传统模式下的QSPI Flash控制器就像一个普通的SPI控制器，这个模式用的相对较少。QSPI Flash控制器的系统框图如下所示：

图 11.1.1 QSPI系统框图

从图 11.1.1中可以看到，QSPI Flash控制器通过MIO与外部Flash器件连接，支持三种模式：单个从器件模式、双从器件并行模式和双从器件堆模式。通过使用双从器件模式可以扩展QSPI Flash的存储容量。在使用单个器件的时候，直接存储访问Flash器件的地址映射FC00_0000到FCFF_FFFF（16MB）。在使用双器件模式时，地址空间可以扩展为FC00_0000至FDFF_FFFF（32MB）。另外，在上图中可以看到控制器左侧有两种类型的接口：AXI接口和APB接口。其中AXI接口用于线性地址模式，而APB接口用于I/O模式。QSPI Flash控制器的模块示意图如图 11.1.2所示。从中我们可以清晰的看出QSPI Flash控制器两种模式的差异。由于线性地址模式不支持写操作，因此本次实验重点介绍I/O模式。在I/O模式下，软件需要把命令和数据转化成QSPI Flash协议下的指令，转换之后的指令将被写入Tx FIFO。然后发送逻辑将Tx FIFO中的内容按照QSPI接口规范进行并串转换，最后通过MIO将转换后的数据送到Flash存储器中。在发送逻辑将Tx FIFO中的数据发送出去的同时，接收逻辑会采样所发送的串行数据，进行串并转换后存储到Rx FIFO里面。如果执行的是读操作，在发送读指令和读地址之后，MIO会在发送逻辑的控制下由输出模式切换成输入模式，从Flash中读出的数据将被存储丰Rx FIFO中。由于Rx FIFO中会同时接收由软件发出的指令，因此我们需要对Rx FIFO中的原始数据进行过滤，从而得到从Flash中读出的有效数据。

图 11.1.2 QSPI Flash控制器功能框图

11.2实验任务本章的实验任务是使用QSPI Flash控制器，先后对领航者核心板上的QSPI Flash进行写、读操作。通过对比读出的数据是否等于写入的数据，从而验证读写操作是否正确。11.3硬件设计根据实验任务我们可以画出本次实验的系统框图，如下图所示：

图 11.3.1 系统框图

从图 11.3.1中可以看出，本次实验是在“Hello Wold”实验的基础上增加了一个QSPI Flash控制器。我们将通过该控制器对QSPI Flash进行读写操作，并通过串口打印读写数据对比之后的结果。首先创建Vivado工程，工程名为“qspi_rw_test”，然后创建Block Design设计（system.bd）并添加ZYNQ7 Processing System模块。接下来按照《“Hello World”实验》中的步骤对ZYNQ PS模块进行配置，配置完成后我们要添加本次实验所使用的QSPI Flash控制器模块。如下图所示：

图 11.3.2 QSPI配置界面

如图 11.3.2所示，在左侧导航栏中选择“Peripheral I/O Pins”，然后在右侧勾选“Quad SPI Flash”，并选择“Single SS 4bit IO”模式。“Single SS 4bit IO”指的是单个从器件模式，其中“SS”为“Slave Select”的缩写。看以看出，该模式下控制器使用了MIO1至MIO6共6个引脚。最后点击右下角的“OK”，本次实验ZYNQ处理系统就配置完成了。接下来在Diagram窗口中选择自动连接PS模块端口，连接完成后模块如下图所示：

图 11.3.3 ZYNQ7模块

到这里我们的Block Design就设计完成了，在Diagram窗口空白处右击，然后选择“Validate Design”验证设计。验证完成后弹出对话框提示“Validation Successful”表明设计无误，点击“OK”确认。最后按快捷键“Ctrl + S”保存设计。接下来在Source窗口中右键点击Block Design设计文件“system.bd”，然后依次执行“Generate Output Products”和“Create HDL Wrapper”。然后在菜单栏中选择 File > Export > Export hardware导出硬件，最后在菜单栏选择File > Launch SDK，启动SDK软件。11.4软件设计在SDK软件中新建一个BSP工程和一个空的应用工程，应用工程名为“qspi_Flash_test”。然后为应用工程新建一个源文件“main.c”，我们在新建的main.c文件中输入本次实验的代码。代码的主体部分如下所示：

1 #include "xparameters.h" /* SDK generated parameters */2 #include "xqspips.h" /* QSPI device driver */3 #include "xil_printf.h"4 5 #define QSPI_DEVICE_ID XPAR_XQSPIPS_0_DEVICE_ID6 7 //发送到Flash器件的指令8 #define WRITE_STATUS_CMD 0x019 #define WRITE_CMD 0x0210 #define READ_CMD 0x0311 #define WRITE_DISABLE_CMD 0x0412 #define READ_STATUS_CMD 0x0513 #define WRITE_ENABLE_CMD 0x0614 #define FAST_READ_CMD 0x0B15 #define DUAL_READ_CMD 0x3B16 #define QUAD_READ_CMD 0x6B17 #define BULK_ERASE_CMD 0xC718 #define SEC_ERASE_CMD 0xD819 #define READ_ID 0x9F20 21 //Flash BUFFER中各数据的偏移量22 #define COMMAND_OFFSET 0 // Flash instruction23 #define ADDRESS_1_OFFSET 1 // MSB byte of address to read or write24 #define ADDRESS_2_OFFSET 2 // Middle byte of address to read or write25 #define ADDRESS_3_OFFSET 3 // LSB byte of address to read or write26 #define DATA_OFFSET 4 // Start of Data for Read/Write27 #define DUMMY_OFFSET 4 // Dummy byte offset for reads28 29 #define DUMMY_SIZE 1 // Number of dummy bytes for reads30 #define RD_ID_SIZE 4 // Read ID command + 3 bytes ID response31 #define BULK_ERASE_SIZE 1 // Bulk Erase command size32 #define SEC_ERASE_SIZE 4 // Sector Erase command + Sector address33 34 #define OVERHEAD_SIZE 4 // control information: command and address35 36 #define SECTOR_SIZE 0x1000037 #define NUM_SECTORS 0x10038 #define NUM_PAGES 0x1000039 #define PAGE_SIZE 25640 41 /* Number of Flash pages to be written.*/42 #define PAGE_COUNT 1643 44 /* Flash address to which data is to be written.*/45 #define TEST_ADDRESS 0x0005500046 #define UNIQUE_VALUE 0x0547 48 #define MAX_DATA (PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)49 50 void FlashErase(XQspiPs *QspiPtr, u32 Address, u32 ByteCount);51 void FlashWrite(XQspiPs *QspiPtr, u32 Address, u32 ByteCount, u8 Command);52 void FlashRead(XQspiPs *QspiPtr, u32 Address, u32 ByteCount, u8 Command);53 int FlashReadID(void);54 void FlashQuadEnable(XQspiPs *QspiPtr);55 int QspiFlashPolledExample(XQspiPs *QspiInstancePtr, u16 QspiDeviceId);56 57 static XQspiPs QspiInstance;58 59 int Test = 5;60 61 u8 ReadBuffer[MAX_DATA + DATA_OFFSET + DUMMY_SIZE];62 u8 WriteBuffer[PAGE_SIZE + DATA_OFFSET];63 64 int main(void)65 {66 int Status;67 68 xil_printf("QSPI Flash Polled Example Test \r\n");69 70 /* Run the Qspi Interrupt example.*/71 Status = QspiFlashPolledExample(&QspiInstance, QSPI_DEVICE_ID);72 if (Status != XST_SUCCESS) {73 xil_printf("QSPI Flash Polled Example Test Failed\r\n");74 return XST_FAILURE;75 }76 77 xil_printf("Successfully ran QSPI Flash Polled Example Test\r\n");78 return XST_SUCCESS;79 }

首先，本次实验的C程序是在官方提供的示例程序“xqspips_Flash_polled_example.c”的基础上修改得到的，该示例程序演示了如何使用轮询模式对QSPI Flash进行读写操作。在程序的开头，我们定义了一系列的参数，包括Flash器件的指令、Flash BUFFER中各数据段的偏移量、Flash器件PAGE、SECTOR的数目和大小等信息。这些信息针对不同型号的Flash器件有所不同，需要通过查看器件的数据手册得到。接下来在程序第50至55行声明了六个函数，这些函数是前面我们提到的示例程序中所提供的。我们对其中最后一个函数QspiFlashPolledExample(XQspiPs *QspiInstancePtr, u16 QspiDeviceId)进行修改，从而简化读写测试过程。而其他的函数如擦除FlashErase( )、写操作FlashWrite( )、读操作FlashRead( )等，我们可以将其当作库函数来使用。程序的主函数特别简单，就是通过调用修改之后的示例函数QspiFlashPolledExample( )来对Flash进行读写测试，并打印最终的测试结果。下面是该示例函数的代码：

81 int QspiFlashPolledExample(XQspiPs *QspiInstancePtr, u16 QspiDeviceId)82 {83 int Status;84 u8 *BufferPtr;85 u8 UniqueValue;86 int Count;87 int Page;88 XQspiPs_Config *QspiConfig;89 90 //初始化QSPI驱动91 QspiConfig = XQspiPs_LookupConfig(QspiDeviceId);92 XQspiPs_CfgInitialize(QspiInstancePtr, QspiConfig, QspiConfig->BaseAddress);93 //初始化读写BUFFER94 for (UniqueValue = UNIQUE_VALUE, Count = 0; Count < PAGE_SIZE;95 Count++, UniqueValue++) {96 WriteBuffer[DATA_OFFSET + Count] = (u8)(UniqueValue + Test);97 }98 memset(ReadBuffer, 0x00, sizeof(ReadBuffer));99 100 //设置手动启动和手动片选模式101 XQspiPs_SetOptions(QspiInstancePtr, XQSPIPS_MANUAL_START_OPTION |102 XQSPIPS_FORCE_SSELECT_OPTION |103 XQSPIPS_HOLD_B_DRIVE_OPTION);104 //设置QSPI时钟的分频系数105 XQspiPs_SetClkPrescaler(QspiInstancePtr, XQSPIPS_CLK_PRESCALE_8);106 //片选信号置为有效107 XQspiPs_SetSlaveSelect(QspiInstancePtr);108 //读Flash ID109 FlashReadID();110 //使能Flash Quad模式111 FlashQuadEnable(QspiInstancePtr);112 //擦除Flash113 FlashErase(QspiInstancePtr, TEST_ADDRESS, MAX_DATA);114 //向Flash中写入数据115 for (Page = 0; Page < PAGE_COUNT; Page++) {116 FlashWrite(QspiInstancePtr, (Page * PAGE_SIZE) + TEST_ADDRESS,117 PAGE_SIZE, WRITE_CMD);118 }119 //使用QUAD模式从Flash中读出数据120 FlashRead(QspiInstancePtr, TEST_ADDRESS, MAX_DATA, QUAD_READ_CMD);121 122 //对比写入Flash与从Flash中读出的数据123 BufferPtr = &ReadBuffer[DATA_OFFSET + DUMMY_SIZE];124 for (UniqueValue = UNIQUE_VALUE, Count = 0; Count < MAX_DATA;125 Count++, UniqueValue++) {126 if (BufferPtr[Count] != (u8)(UniqueValue + Test)) {127 return XST_FAILURE;128 }129 }130 131 return XST_SUCCESS;132 }在示例函数中，首先对QSPI Flash控制器驱动进行初始化。然后对读写BUFFER进行初始化，初始化完成后WriteBuffer中为需要写入Flash的测试数据；而ReadBuffer则全部清零，准备用于接收从Flash中读回的数据，进而与WriteBuffer中的数据进行对比。接下来，通过调用xqspips.h头文件中的库函数来对QSPI Flash控制器进行配置。将其配置成手动启动和手动片选模式，并将片选信号置为有效状态。QSPI Flash控制器在I/O模式下，有两种流控（Flow Control）方法：手动模式和自动模式。手动模式下，将由用户来控制数据传输的开始。而在手动模式下，又分为“手动片选”和“自动片选”，它们指的是片选信号的控制权。自动片选所传输的数据量受限于Tx FIFO的深度，而手动片选更适合批量数据的传输。片选信号置为有效状态意味着Flash传输序列的开始。在程序的108至120行，我们调用示例程序“xqspips_Flash_polled_example.c”所提供的函数，来执行一系列Flash操作，包括读Flash ID、使能Flash Quad模式、擦除Flash等。其中最核心的是通过FlashWrite( )函数向Flash指定地址写入测试数据，然后通过FlashRead( )函数将数据从该地址读出，放至读BUFFER中。最后，在程序的122至129行，通过对比写BUFFER与读BUFFER中的数据是否一致，从而判断Flash读写测试实验是否成功。程序的剩余部分是前面所声明的一系列操作Flash的函数的实现，因为我们将其当作库函数直接调用，因此代码就不再贴出来了。大家有兴趣的话也可以研究一下，这些函数是如何将读写指令和数据转换成QSPI Flash所要求的命令格式的。实际上，这些函数的功能也都是通过调用xqspips.h头文件中的库函数XQspiPs_PolledTransfer( )来实现的。11.5下载验证首先我们将下载器与领航者底板上的JTAG接口连接，下载器另外一端与电脑连接。然后使用Mini USB连接线将开发板左侧的USB_UART接口与电脑连接，用于串口通信。最后连接开发板的电源，并打开电源开关。在SDK软件下方的SDK Terminal窗口中点击右上角的加号设置并连接串口。然后下载本次实验软件程序，下载完成后，在下方的SDK Terminal中可以看到应用程序打印的信息如下图所示：

图 11.5.1 串口打印结果

从图 11.5.1中可以看出，本次实验所实现的QSPI Flash读写测试功能，在领航者ZYNQ开发板上面下载验证成功。

「正点原子NANO STM32开发板资料连载」第29章 FLASH 模拟实验

1）实验平台：alientek NANO STM32F411 V1开发板

2）摘自《正点原子STM32F4 开发指南（HAL 库版》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子

第二十九章 FLASH 模拟 EEPROM 实验

STM32F4 本身没有自带 EEPROM，但是 STM32F4 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 STM32F4 内部的 FLASH 来实现第二十四章类似的效果，不过这次我们是将数据直接存放在 STM32F4 内部，而不是存放在W25Q16。本章分为如下几个部分：

29.1 STM32 F4 FLASH 简介

29.2 硬件设计

29.3 软件设计

29.4 下载验证

29.1 STM32F4 FLASH 简介

不同型号的 STM32F4xC/E，其 FLASH 容量也有所不同，最小的只有 256K 字节，最大的512K 字节。NANO STM32F4 开发板选择的 STM32F411RCT6 的 FLASH 容量为 256K 字节，STM32F411xC/E 产品的闪存模块组织如图 29.1.1 所示：

图 29.1.1 产品闪存模块组织

STM32F4 的闪存模块由：主存储器、系统存储器、OPT 区域和选项字节等 4 部分组成。

主存储器，该部分用来存放代码和数据常数（如 const 类型的数据）。分为 8 个扇区，前 4个扇区为 16KB 大小，然后扇区 4 是 64KB 大小，扇区 5~7 是 128K 大小，不同容量的 STM32F411拥有的扇区数不一样，比如我们的 STM32F411RCT6，则拥有 6 个扇区，从上图可以看出主存储器的起始地址就是 0X08000000， B0、B1 都接 GND 的时候，就是从 0X08000000 开始运行

代码的。

系统存储器，这个主要用来存放 STM32F4 的 bootloader 代码，此代码是出厂的时候就固化

在 STM32F4 里面了，专门来给主存储器下载代码的。当 B0 接 V3.3，B1 接 GND 的时候，从

该存储器启动（即进入串口下载模式）。

OTP 区域，即一次性可编程区域，共 528 字节，被分成两个部分，前面 512 字节（32 字节

为 1 块，分成 16 块），可以用来存储一些用户数据（一次性的，写完一次，永远不可以擦除！！），

后面 16 字节，用于锁定对应块。

选项字节，用于配置读保护、BOR 级别、软件/硬件看门狗以及器件处于待机或停止模式

下的复位。闪存存储器接口寄存器，该部分用于控制闪存读写等，是整个闪存模块的控制机构。

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。

闪存的读取

STM32F4 可通过内部的 I-Code 指令总线或 D-Code 数据总线访问内置闪存模块，本章我们

主要讲解数据读写，即通过 D-Code 数据总线来访问内部闪存模块。为了准确读取 Flash 数据，

必须根据 CPU 时钟 (HCLK) 频率和器件电源电压在 Flash 存取控制寄存器 (FLASH_ACR)

中正确地设置等待周期数 (LATENCY)。当电源电压低于 2.1V 时，必须关闭预取缓冲器。Flash

等待周期与 CPU 时钟频率之间的对应关系，如表 29.1.1 所示：

表 29.1.1 CPU 时钟（HCLK）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]四个位设置。系统复位后，CPU 时钟

频率为内部 16M RC 振荡器，LATENCY 默认是 0，即 1 个等待周期。供电电压，我们一般是

3.3V，所以，在我们设置 96Mhz 频率作为 CPU 时钟之前，必须先设置 LATENCY 为 3，否则

FLASH 读写可能出错，导致死机。

正常工作时（96Mhz），虽然 FLASH 需要 4 个 CPU 等待周期，但是由于 STM32F4 具有

自适应实时存储器加速器(ART Accelerator)，通过指令缓存存储器，预取指令，实现相当于 0

FLASH 等待的运行速度。关于自适应实时存储器加速器的详细介绍，请大家参考

《STM32F411xC/E 参考手册》3.4.2 节。

STM23F4 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=*(vu32*)addr;

将 addr 强制转换为 vu32 指针，然后取该指针所指向的地址的值，即得到了 addr 地址的值。

类似的，将上面的 vu32 改为 vu8，即可读取指定地址的一个字节。相对 FLASH 读取来说，

STM32F4 FLASH 的写就复杂一点了，下面我们介绍 STM32F4 闪存的编程和擦除。

闪存的编程和擦除

执行任何 Flash 编程操作（擦除或编程）时，CPU 时钟频率 (HCLK)不能低于 1 MHz。如

果在 Flash 操作期间发生器件复位，无法保证 Flash 中的内容。

在对 STM32F4 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。

STM32F4 的闪存编程由 6 个 32 位寄存器控制，他们分别是：

 FLASH 访问控制寄存器(FLASH_ACR)

 FLASH 秘钥寄存器(FLASH_KEYR)

 FLASH 选项秘钥寄存器(FLASH_OPTKEYR)

 FLASH 状态寄存器(FLASH_SR)

 FLASH 控制寄存器(FLASH_CR)

 FLASH 选项控制寄存器(FLASH_OPTCR)

STM32F4 复位后，FLASH 编程操作是被保护的，不能写入 FLASH_CR 寄存器；通过写入

特定的序列（0X45670123 和 0XCDEF89AB）到 FLASH_KEYR 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_CR 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_CR，如果写入错误，那么 FLASH_CR 将被锁定，直

到下次复位后才可以再次解锁。

STM32F4 闪存的编程位数可以通过 FLASH_CR 的 PSIZE 字段配置，PSIZE 的设置必须和

电源电压匹配，见表：29.1.2：

表 29.1.2 编程/擦除并行位数与电压关系表

由于我们开发板用的电压是 3.3V，所以 PSIZE 必须设置为 10，即 32 位并行位数。擦除或

者编程，都必须以 32 位为基础进行。

STM32F4 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。STM32F4 的标准编程步骤如下：

1，检查 FLASH_SR 中的 BSY 位，确保当前未执行任何 FLASH 操作。

2，将 FLASH_CR 寄存器中的 PG 位置 1，激活 FLASH 编程。

3，针对所需存储器地址（主存储器块或 OTP 区域内）执行数据写入操作：

—并行位数为 x8 时按字节写入（PSIZE=00）

—并行位数为 x16 时按半字写入（PSIZE=01）

—并行位数为 x32 时按字写入（PSIZE=02）

—并行位数为 x64 时按双字写入（PSIZE=03）

4，等待 BSY 位清零，完成一次编程。

按以上四步操作，就可以完成一次 FLASH 编程。不过有几点要注意：1，编程前，要确保

要写如地址的 FLASH 已经擦除。2，要先解锁（否则不能操作 FLASH_CR）。3，编程操作对

OPT 区域也有效，方法一模一样。

我们在 STM32F4 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 STM32F4 的闪存擦除，STM32F4 的闪存擦除分为两种：扇区擦除和整片擦除。

扇区擦除步骤如下：

1，检查 FLASH_CR 的 LOCK 是否解锁，如果没有则先解锁

2，检查 FLASH_SR 寄存器中的 BSY 位，确保当前未执行任何 FLASH 操作

3，在 FLASH_CR 寄存器中，将 SER 位置 1，并从主存储块的 12 个扇区中选择要擦除的

扇区 (SNB)

4，将 FLASH_CR 寄存器中的 STRT 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 STM32F4 的扇区擦除功能，

整片擦除功能我们在这里就不介绍了，想了解的朋友可以看《STM32F411xC/E 参考手册》第

3.5.3 节。

通过以上了解，我们基本上知道了 STM32F4 闪存的读写所要执行的步骤了，接下来，我

们看看与读写相关的寄存器说明。

第一个介绍的是 FLASH 访问控制寄存器：FLASH_ACR。该寄存器各位描述如图 29.1.2

所示：

图 29.1.2 FLASH_ACR 寄存器各位描述

这里，我们重点看 LATENCY[3:0]这四个位，这四个位，必须根据我们 MCU 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 29.1.1。其他 DCEN、ICEN 和

PRFTEN 这三个位也比较重要，为了达到最佳性能，这三个位我们一般都设置为 1 即可。

第二个介绍的是 FLASH 秘钥寄存器：FLASH_KEYR。该寄存器各位描述如图 29.1.3 所示：

图 29.1.3 FLASH_KEYR 寄存器各位描述

该寄存器主要用来解锁 FLASH_CR，必须在该寄存器写入特定的序列（KEY1 和 KEY2）

解锁后，才能对 FLASH_CR 寄存器进行写操作。

第三个要介绍的是 FLASH 控制寄存器：FLASH_CR。该寄存器的各位描述如图 39.1.4 所

示：

图 29.1.4 FLASH_CR 寄存器各位描述

该寄存器我们本章只用到了它的 LOCK、STRT、PSIZE[1:0]、SNB[3:0]、SER 和 PG 等位。

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。

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。

PSIZE[1:0]位，用于设置编程宽度，3.3V 时，我们设置 PSIZE =2 即可。

SNB[3:0]位，这 4 个位用于选择要擦除的扇区编号，取值范围为 0~11。

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。

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。

FLASH_CR 的其他位，我们就不在这里介绍了，请大家参考《STM32F411xC/E 参考手册》

第 3.8.5 节。

最后要介绍的是 FLASH 状态寄存器：FLASH_SR。该寄存器各位描述如图 29.1.5 所示：

图 29.1.5 FLASH_SR 寄存器各位描述

该寄存器我们主要用了其 BSY 位，当该位位 1 时，表示正在执行 FLASH 操作。当该位为

0 时，表示当前未执行任何 FLASH 操作。

关于 STM32F4 FLASH 的介绍，我们就介绍到这。更详细的介绍，请参考《STM32F411xC/E

参考手册》第三章。下面我们讲解使用 STM32 的官方固件库操作 FLASH 的几个常用函数。这

些函数和定义分布在文件 stm32f4xx_hal_flash.c/stm32f4xx_hal_flash_ex.c 以及

stm32f4xx_hal_flash.h/stm32f4xx_hal_flash_ex.h 文件中。

1. 锁定解锁函数

上面讲解到在对 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）,固件库函数实现很简单：

HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Unlock(void); //解锁函数

同样的道理，在对 FLASH 写操作完成之后，我们要锁定 FLASH，使用的 HAL 库函数是：

HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Lock(void);//锁定函数

2. 写操作函数

HAL 库提供了一个通用的 FLASH 写操作函数 HAL_FLASH_Program，该函数声明如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_FLASH_Program(uint32_t TypeProgram, uint32_t Address,

uint64_t Data);//FLASH 写操作函数

该函数有三个入口参数。入口参数 TypeProgram 用来区分要写入的数据类型，取值为：

FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD（半字：16 位）

FLASH_TYPEPROGRAM_WORD（字：32 位）

FLASH_TYPEPROGRAM_DOUBLEWORD（双字：64 位）

用户根据写入数据类型选择即可。第二个入口参数 Address 用来设置要写入的数据的

FLASH 地址。第三个入口参数 Data 顾名思义就是要写入的数据类型，这个参数默认是 64 位的，

如果你要写入小于 64 位的数据比如 16 位，程序会进行类型转换。

3. 擦除函数

HAL 库提供的擦除函数在 stm32f4xx_hal_flash_ex.c 中定义。和编程函数一样，HAL 提供

了一个通用的基于小区擦除的函数 HAL_FLASHEx_Erase，该函数声明如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_FLASHEx_Erase(FLASH_EraseInitTypeDef *pEraseInit,

uint32_t *SectorError);

该函数有 2 个入口参数，这里我们主要看第一个入口参数 pEraseInit ，它是

FLASH_EraseInitTypeDef 结构体指针类型，结构体 FLASH_EraseInitTypeDef 定义如下：

typedef struct

{

uint32_t TypeErase;

//擦除类型

uint32_t Banks;

//擦除的 Bank 编号

uint32_t Sector;

//擦除的 sector 号

uint32_t NbSectors;

//擦除的 sector 数量

uint32_t VoltageRange;

//电压范围

} FLASH_EraseInitTypeDef;

成员变量 TypeErase 用来设置擦除类型，是 Sector 擦除还是 BANK 级别的批量擦除，取值为

FLASH_TYPEERASE_SECTORS 或者 FLASH_TYPEERASE_MASSERASE，这个比较好理解，

如果是一次擦除一个 Bank 下面的所有 Sector ，那么需要选择

FLASH_TYPEERASE_MASSERASE。成员变量 Banks 用来设置要擦除的 Bank 编号，这个只有

设置为批量擦除的时候才有效。成员变量 Sector 用来设置要擦除的 Sector 编号。成员变量

NbSectors 用来设置要擦除的 Sector 数量。成员变量 VoltageRange 用来设置电压范围，一共有

四个值可选 FLASH_VOLTAGE_RANGE_1~ FLASH_VOLTAGE_RANGE_4，分别对应表 41.1.2

的电压范围，这里我们使用的是 3.3V，所以选择 FLASH_VOLTAGE_RANGE_3 即可。

扇区擦除的实例代码如下：

FlashEraseInit.TypeErase=FLASH_TYPEERASE_SECTORS; //擦除类型，扇区擦除

FlashEraseInit.Sector=3;

//擦除的扇区号

FlashEraseInit.NbSectors=1; //一次只擦除一个扇区

FlashEraseInit.VoltageRange=FLASH_VOLTAGE_RANGE_3; //电压范围 2.7~3.6V

HAL_FLASHEx_Erase(&FlashEraseInit,&SectorError);//进行扇区擦除操作

4，等待操作完成函数

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。所以在每次操作之前，

我们都要等待上一次操作完成这次操作才能开始。HAL 库函数为：

HAL_StatusTypeDef FLASH_WaitForLastOperation(uint32_t Timeout);

该函数在 HAL 库中很多地方用到，比如擦除函数 HAL_FLASHEx_Erase 中对 FLASH 进行

擦除操作后会调用该函数，等待擦除操作完成。

5，读 FLASH 特定地址数据函数

有写就必定有读，而读取 FLASH 指定地址的数据的函数固件库并没有给出来，这里我们

提供从指定地址一个读取一个半字的函数；

u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)

{

return *(vu16*)faddr;

}

29.2 硬件设计

本章实验功能简介：开机的时候在串口调试助手打印提示信息，然后在主循环里面检测两

个按键，其中 1 个按键（KEY_UP）用来执行写入 FLASH 的操作，另外一个按键（KEY1）用

来执行读出操作，DS2 在读写过程中会闪烁，FLASH 读写过程相关信息打印在串口调试助手上。

同时用 DS0 提示程序正在运行。

所要用到的硬件资源如下：

1）指示灯 DS0、DS2

2） KEY_UP 和 KEY1 按键

3） STM32 内部 FLASH

本章需要用到的资源和电路连接，在之前已经全部有介绍过了，接下来我们直接开始软件

设计。

29.3 软件设计

打开我们的 FLASH 模拟 EEPROM 实验工程，可以看到我们添加了两个文件 stmflash.c 和

stm32flash.h 。同时我们还引入了固件库 flash 操作文件

stm32f4xx_hal_flash.c/stm32f4xx_hal_flash_ex.c 和头文件 stm32f4xx_hal_flash.h/stm32f4xx_hal_

flash_ex.h。

打开 stmflash.c 文件，代码如下：

//读取指定地址的字(32 位数据)

//faddr:读地址

//返回值:对应数据.

u32 STMFLASH_ReadWord(u32 faddr)

{

return *(vu32*)faddr;

}

//获取某个地址所在的 flash 扇区

//addr:flash 地址

//返回值:0~11,即 addr 所在的扇区

u8 STMFLASH_GetFlashSector(u32 addr)

{

if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_1)return FLASH_SECTOR_0;

else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_2)return FLASH_SECTOR_1;

else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_3)return FLASH_SECTOR_2;

else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_4)return FLASH_SECTOR_3;

else if(addr<ADDR_FLASH_SECTOR_5)return FLASH_SECTOR_4;

return FLASH_SECTOR_5;

}

//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

(注意：最后 16 字节，用于 OTP 数据块锁定，别乱写！！)

//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_EraseInitTypeDef FlashEraseInit;

HAL_StatusTypeDef FlashStatus=HAL_OK;

u32 SectorError=0;

u32 addrx=0;

u32 endaddr=0;

if(WriteAddr<STM32_FLASH_BASE||WriteAddr%4)return;

//非法地址

HAL_FLASH_Unlock();

//解锁

addrx=WriteAddr;

//写入的起始地址

endaddr=WriteAddr+NumToWrite*4; //写入的结束地址

if(addrx<0X1FFF0000)

{

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

{

FlashEraseInit.TypeErase=FLASH_TYPEERASE_SECTORS;

//擦除类型，扇区擦除

FlashEraseInit.Sector=STMFLASH_GetFlashSector(addrx);

//要擦除的扇区

FlashEraseInit.NbSectors=1; //一次只擦除一个扇区

FlashEraseInit.VoltageRange=FLASH_VOLTAGE_RANGE_3;

//电压范围，VCC=2.7~3.6V 之间!!

if(HAL_FLASHEx_Erase(&FlashEraseInit,&SectorError)!=HAL_OK)

{

break;//发生错误了

}

}else addrx+=4;

FLASH_WaitForLastOperation(FLASH_WAITETIME);

//等待上次操作完成

}

FlashStatus=FLASH_WaitForLastOperation(FLASH_WAITETIME); //等待上次操作完成

if(FlashStatus==HAL_OK)

{

while(WriteAddr<endaddr)//写数据

{

if(HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD,

WriteAddr,*pBuffer)!=HAL_OK)//写入数据

{

break;

//写入异常

}

WriteAddr+=4;

pBuffer++;

}

HAL_FLASH_Lock();

//上锁

}

//从指定地址开始读出指定长度的数据

//ReadAddr:起始地址

//pBuffer:数据指针

//NumToRead:字(32 位)数

void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u32 *pBuffer,u32 NumToRead)

{

u32 i;

for(i=0;i<NumToRead;i++)

{

pBuffer[i]=STMFLASH_ReadWord(ReadAddr);//读取 4 个字节.

ReadAddr+=4;//偏移 4 个字节.

}

//////////////////////////////////////////测试用///////////////////////////////////////////

//WriteAddr:起始地址

//WriteData:要写入的数据

void Test_Write(u32 WriteAddr,u32 WriteData)

{

STMFLASH_Write(WriteAddr,&WriteData,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 STM32F4 的指定

地址写入指定长度的数据，该函数的实现基本类似第 24 章的 SPI_Flash_Write 函数，不过该函

数对写入地址是有要求的，必须保证以下两点：

1，该地址必须是用户代码区以外的地址。

2，该地址必须是 4 的倍数。

3，对 OTP 区域编程也有效。

第 1 点比较好理解，如果把用户代码给卡擦了，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。不过，因为 STM32F4 的扇区都比较大（最少 16K，大的 128K），

所以本函数不缓存要擦除的扇区内容，也就是如果要擦除，那么就是整个扇区擦除，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 点则是 3.3V 时，设置 PSIZE=2 所决定的，每次必须写入 32 位，即 4 字节，所以地址

必须是 4 的倍数。第 3 点，该函数对 OTP 区域的操作同样有效，所以大家要写 OTP 字节，也

可以直接通过该函数写入，不过注意 OTP 是一次写入的，无法擦除，所以，一般不要写 OTP

字节。

然后打开 stmflash.h，该文件代码代码非常简单，我们就不做介绍了。

最后，打开 main.c 文件，main 函数如下：

//要写入到 STM32 FLASH 的字符串数组

const u8 TEXT_Buffer[]={"STM32 FLASH TEST"};

#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)//数组长度

#define FLASH_SAVE_ADDR 0X0800C004

//设置 FLASH 保存地址(必须为偶数，且其值要大于本代码所占用 FLASH 的大小

+0X08000000)

int main(void)

{

u8 key;

u16 i=0;

u8 datatemp[SIZE];

HAL_Init();

//初始化 HAL 库

Stm32_Clock_Init(96,4,2,4);

//设置时钟,96Mhz

delay_init(96);

//初始化延时函数

uart_init(115200);

//串口初始化为 115200

usmart_dev.init(96);

//初始化 USMART

LED_Init();

//初始化与 LED 连接的硬件接口

KEY_Init();

//按键初始化

printf("NANO STM32\r\n");

printf("FLASH EEPROM TEST\r\n");

printf("WK_UP:Write KEY1:Read\r\n");

while(1)

{

key=KEY_Scan(0);

if(key==WKUP_PRES)//WK_UP 按下,写入 STM32 FLASH

{

LED2=0;

printf("\r\nStart Write FLASH....\r\n");

STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR,(u16*)TEXT_Buffer,SIZE);

printf("FLASH Write Finished!\r\n");//提示传送完成

LED2=1;

}

if(key==KEY1_PRES)//KEY1 按下,读取字符串并显示

{

LED2=0;

printf("\r\nStart Read FLASH.... \r\n");

STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR,(u16*)datatemp,SIZE);

printf("The Data Readed Is: \r\n");//提示传送完成

printf("%s\r\n",datatemp);//显示读到的字符串

LED2=1;

}

i++;

delay_ms(10);

if(i==20)

{

LED0=!LED0;//提示系统正在运行

i=0;

}

主函数部分代码非常简单，首先进行按键扫描，然后分别进行按键的写操作和读操作。至

此，我们的软件设计部分就结束了。

29.4 下载验证

在代码编译成功之后，我们先打开串口调试助手，然后下载代码到 ALIENTEK NANO

STM32F4 开发板上，通过先按 WK_UP 按键写入数据，然后按 KEY1 读取数据，得到如图 29.4.1

所示：

图 29.4.1 程序运行效果图

在 FLASH 的读写过程中，DS2 会闪烁，同时 DS0 也会的不停闪烁，提示程序在运行。本

章的测试，我们还可以借助 USMART，在 USMART 里面添加 STMFLASH_ReadHalfWord 函数，

既可以读取任意地址的数据。当然，你也可以将 STMFLASH_Write 稍微改造下，这样就可以在

USMART 里面验证 STM32 FLASH 的读写了。

「正点原子FPGA连载」第十一章QSPI Flash读写测试

「正点原子NANO STM32开发板资料连载」第29章 FLASH 模拟实验

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