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sky 发表于 2021-4-25 18:39:41

第二十三章：CH32V103应用教程——读写内部FLASH

本帖最后由 sky 于 2021-9-10 17:07 编辑

本章教程将通过程序代码进行内部FLASH读写操作。


1、CH32V103内部FLASH简介及相关函数介绍

CH32V103芯片含有一个内部FLASH，其存储数据在掉电后不会丢失，主要用于存储程序代码。芯片在重新上电并复位后，可通过加载读取内部FLASH中程序代码运行。

通常，我们可通过两种方式对内部FLASH进行读写：一是通过下载器等外部工具读写内部FLASH，二是通过芯片运行程序代码读取自身内部FLASH。本章即通过第二种方法进行内部FLASH读写。此外，就读写速度而言，读写内部FLASH比外部FLASH快的多，且由于内部FLASH掉电后数据不会丢失，因此内部FLASH剩余空间可用于存储重要数据和关键记录。

由于内部FLASH可被通过外部工具或程序代码读写，为了防止内部FLASH中存储数据被获取，某些应用会禁止读写内部FLASH内容，或在第一次运行时计算加密信息并记录到某些区域，然后删除自身的部分加密代码，这些应用都涉及到内部FLASH的操作。

CH32V103内部FLASH主要包含主存储器和信息块两块区域，其中信息块又可被分为两块系统引导代码存储区域、用户选择字和厂商配置字区域。其中，主存储器区域主要用于用户的应用程序存储，以4K字节（32 页）单位进行写保护划分；除了“厂商配置字”区域出厂锁定，用户不可访问，其他区域在一定条件下用户可操作。

CH32V103内部FLASH具有2种编程/擦除方式，具体如下：


[*]标准编程：此方式是默认编程方式（兼容方式）。这种模式下CPU以单次2字节方式执行编程，单次1K字节执行擦除及整片擦除操作。
[*]快速编程：此方式采用页操作方式（推荐）。经过特定序列解锁后，执行单次128字节的编程及128字节擦除。

关于CH32V103内部FLASH具体信息，可参考CH32V103应用手册。CH32V103内部FLASH标准库函数具体内容如下：
/*Functions used for all CH32V10x devices*/
void FLASH_SetLatency(uint32_t FLASH_Latency);
void FLASH_HalfCycleAccessCmd(uint32_t FLASH_HalfCycleAccess);
void FLASH_PrefetchBufferCmd(uint32_t FLASH_PrefetchBuffer);
void FLASH_Unlock(void);
void FLASH_Lock(void);
FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address);
FLASH_Status FLASH_EraseAllPages(void);
FLASH_Status FLASH_EraseOptionBytes(void);
FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data);
FLASH_Status FLASH_ProgramHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data);
FLASH_Status FLASH_ProgramOptionByteData(uint32_t Address, uint8_t Data);
FLASH_Status FLASH_EnableWriteProtection(uint32_t FLASH_Pages);
FLASH_Status FLASH_ReadOutProtection(FunctionalState NewState);
FLASH_Status FLASH_UserOptionByteConfig(uint16_t OB_IWDG, uint16_t OB_STOP, uint16_t OB_STDBY);
uint32_t FLASH_GetUserOptionByte(void);
uint32_t FLASH_GetWriteProtectionOptionByte(void);
FlagStatus FLASH_GetReadOutProtectionStatus(void);
FlagStatus FLASH_GetPrefetchBufferStatus(void);
void FLASH_ITConfig(uint32_t FLASH_IT, FunctionalState NewState);
FlagStatus FLASH_GetFlagStatus(uint32_t FLASH_FLAG);
void FLASH_ClearFlag(uint32_t FLASH_FLAG);
FLASH_Status FLASH_GetStatus(void);
FLASH_Status FLASH_WaitForLastOperation(uint32_t Timeout);
void FLASH_Unlock_Fast(void);
void FLASH_Lock_Fast(void);
void FLASH_BufReset(void);
void FLASH_BufLoad(uint32_t Address, uint32_t Data0, uint32_t Data1, uint32_t Data2, uint32_t Data3);
void FLASH_ErasePage_Fast(uint32_t Page_Address);
void FLASH_ProgramPage_Fast(uint32_t Page_Address);

/* New function used for all CH32V10x devices */
void FLASH_UnlockBank1(void);
void FLASH_LockBank1(void);
FLASH_Status FLASH_EraseAllBank1Pages(void);
FLASH_Status FLASH_GetBank1Status(void);
FLASH_Status FLASH_WaitForLastBank1Operation(uint32_t Timeout);
1.1、void FLASH_SetLatency(uint32_t FLASH_Latency)
功能：设置代码延迟值。
输入：FLASH_Latency：指定FLASH延迟值。

1.2、void FLASH_HalfCycleAccessCmd(uint32_t FLASH_HalfCycleAccess)
功能：启用或禁用半周期闪存访问。
输入：FLASH_HalfCycleAccess：指定闪存半周期访问模式。

1.3、void FLASH_PrefetchBufferCmd(uint32_t FLASH_PrefetchBuffer)
功能：启用或禁用预取缓冲区。
输入：FLASH_PrefetchBuffer：指定预取缓冲区的状态。

1.4、void FLASH_Unlock(void)
功能：解锁闪存程序擦除控制器。
输入：无

1.5、void FLASH_UnlockBank1(void)
功能：解锁闪存组1程序擦除控制器。
输入：无

1.6、void FLASH_Lock(void)
功能：锁定闪存程序擦除控制器。
输入：无

1.7、void FLASH_LockBank1(void)
功能：锁定闪存组1程序擦除控制器。
输入：无

1.8、FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address)
功能：擦除指定的闪存页。
输入：Page_Address：要删除的页面地址。

1.9、FLASH_Status FLASH_EraseAllPages(void)
功能：清除所有闪存页。
输入：无

1.10、FLASH_Status FLASH_EraseAllBank1Pages(void)
功能：清除所有Bank1闪存页。
输入：无

1.11、FLASH_Status FLASH_EraseOptionBytes(void)
功能：擦除闪存选项字节。
输入：无

1.12、FLASH_Status FLASH_ProgramWord(uint32_t Address, uint32_t Data)
功能：在指定的地址编程一个字。
输入：Address：指定要编程的地址。Data：指定要编程的数据。

1.13、FLASH_Status FLASH_ProgramHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data)
功能：在指定地址编程半个字。
输入：Address：指定要编程的地址。Data：指定要编程的数据。

1.14、FLASH_Status FLASH_ProgramOptionByteData(uint32_t Address, uint8_t Data)
功能：在指定的选项字节数据地址编程半个字。
输入：Address：指定要编程的地址。Data：指定要编程的数据。

1.15、FLASH_Status FLASH_EnableWriteProtection(uint32_t FLASH_Pages)
功能：所需页面写保护。
输入：FLASH_Pages：指定要写保护的页的地址。

1.16、FLASH_Status FLASH_ReadOutProtection(FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用读取保护。
输入：Newstate：读出保护的新状态（启用或禁用）。

1.17、FLASH_Status FLASH_UserOptionByteConfig(uint16_t OB_IWDG, uint16_t OB_STOP, uint16_t OB_STDBY)
功能：编程闪存用户选项字节：IWDG_SW/RST_STOP/RST_STDBY。
输入：OB_IWDG：选择IWDG模式。OB_IWDG_SW:选择软件IWDG；OB_IWDG_HW：已选择硬件IWDG。
OB_STOP：进入停止模式时重置事件。OB_STOP_NoRST：进入STOP时不生成重置；OB_u STOP_RST：进入STOP时生成重置。
OB _STDBY：进入待机状态时重置事件。OB_STDBY_NoRST：进入待机状态时不生成复位；OB STDBY_RST：进入停机位时生成复位。

1.18、uint32_t FLASH_GetUserOptionByte(void)
功能：返回闪存用户选项字节值。
输入：无

1.19、uint32_t FLASH_GetWriteProtectionOptionByte(void)
功能：返回闪存写入保护选项字节寄存器值。
输入：无

1.20、FlagStatus FLASH_GetReadOutProtectionStatus(void)
功能：检查闪存读取保护状态是否设置。
输入：无

1.21、FlagStatus FLASH_GetPrefetchBufferStatus(void)
功能：检查是否设置了闪存预取缓冲区状态。
输入：无

1.22、void FLASH_ITConfig(uint32_t FLASH_IT, FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用指定的闪存中断。
输入：FLASH_IT：指定要启用或禁用的闪存中断源。NewState：指定的Flash中断的新状态（启用或禁用）。

1.23、FlagStatus FLASH_GetFlagStatus(uint32_t FLASH_FLAG)
功能：检查是否设置了指定的闪存标志。
输入：FLASH_FLAG：指定要检查的FLASH标志。

1.24、void FLASH_ClearFlag(uint32_t FLASH_FLAG)
功能：清除闪存的挂起标志。
输入：FLASH_FLAG：指定要清除的FLASH标志。

1.25、FLASH_Status FLASH_GetStatus(void)
功能：返回闪存状态。
输入：无

1.26、FLASH_Status FLASH_GetBank1Status(void)
功能：返回闪存组1状态。
输入：无

1.27、FLASH_Status FLASH_WaitForLastOperation(uint32_t Timeout)
功能：等待闪存操作完成或超时。
输入：Timeout：闪存编程超时

1.28、FLASH_Status FLASH_WaitForLastBank1Operation(uint32_t Timeout)
功能：等待Bank1上的闪存操作完成或超时。
输入：Timeout：闪存编程超时

1.29、void FLASH_Unlock_Fast(void)
功能：解锁快速程序擦除模式。
输入：无

1.30、void FLASH_Lock_Fast(void)
功能：锁定快速程序擦除模式。
输入：无

1.31、void FLASH_BufReset(void)
功能：闪存缓冲复位。
输入：无

1.32、void FLASH_BufLoad(uint32_t Address, uint32_t Data0, uint32_t Data1, uint32_t Data2, uint32_t Data3)
功能：闪存缓冲加载（128位）。
输入：无

1.33、void FLASH_ErasePage_Fast(uint32_t Page_Address)
功能：擦除指定的闪存页（1页=128字节）。
输入：Page_Address：要删除的页面地址。

1.34、void FLASH_ProgramPage_Fast(uint32_t Page_Address)
功能：编程指定的闪存页（1页=128字节）。
输入：Page_Address：要编程的页面地址。

使用以上函数时，直接在程序中进行调用即可。


2、硬件设计

本章教程主要通过程序代码进行内部FLASH读写操作，使用CH32V103内部资源，无需进行硬件连接。


3、软件设计

CH32V103内部FLASH编程/擦除方式有两种，一种是标准编程，一种是快速编程，本章即使用上述这两种方式分别进行内部FLASH读写操作，程序编程主要分3个步骤：

1、对内部FLASH进行解锁；
2、对内部FLASH进行页擦除；
3、对内部FLASH进行读写操作。

根据上述操作步骤，编写具体程序，具体程序如下：

flash.h文件
#ifndef __FLASH_H
#define __FLASH_H

#include "ch32v10x_conf.h"

typedef enum {FAILED = 0, PASSED = !FAILED} TestStatus;
#define PAGE_WRITE_START_ADDR((uint32_t)0x0800F000) /* Start from 60K */
#define PAGE_WRITE_END_ADDR    ((uint32_t)0x08010000) /* End at 63K */
#define FLASH_PAGE_SIZE         1024

int Flash_Test(void);
int Flash_Test_Fast(void);

#endifflash.h文件主要包含相关定义和函数声明；

flash.c文件
#include "flash.h"

/* Global Variable */
uint32_t EraseCounter = 0x00; //记录要擦除多少页
uint32_t Address = 0x00;      //记录写入的地址
uint16_t Data = 0xAAAA;       //记录写入的数据
uint32_t NbrOfPage;         //记录写入多少页

volatile FLASH_Status FLASHStatus = FLASH_COMPLETE; //记录每次擦除的结果
volatile TestStatus MemoryProgramStatus = PASSED;   //记录整个测试结果

/*******************************************************************************
* Function Name: Flash_Test
* Description    : Flash Program Test.
* Input          : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
int Flash_Test(void)
{
    FLASH_Unlock(); //解锁

    NbrOfPage = (PAGE_WRITE_END_ADDR - PAGE_WRITE_START_ADDR) / FLASH_PAGE_SIZE; //计算要擦除多少页

    //FLASH_FLAG_BSY:指示忙状态标志；FLASH_FLAG_EOP：指示操作结束标志；FLASH_FLAG_PGERR：闪存程序错误标志；FLASH_FLAG_WRPRTERR：指示写保护错误标志
    FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY | FLASH_FLAG_EOP|FLASH_FLAG_PGERR |FLASH_FLAG_WRPRTERR); //清空所有标志位

    for(EraseCounter = 0; (EraseCounter < NbrOfPage) && (FLASHStatus == FLASH_COMPLETE); EraseCounter++) //按页擦除
    {
      FLASHStatus = FLASH_ErasePage(PAGE_WRITE_START_ADDR + (FLASH_PAGE_SIZE * EraseCounter));
    }

    Address = PAGE_WRITE_START_ADDR; //向内部FLASH写入数据起始地址

    while((Address < PAGE_WRITE_END_ADDR) && (FLASHStatus == FLASH_COMPLETE))
    {
      FLASHStatus = FLASH_ProgramHalfWord(Address, Data); //向指定地址写入半字
      Address = Address + 2;
    }

    FLASH_Lock(); //上锁

    Address = PAGE_WRITE_START_ADDR;

    while((Address < PAGE_WRITE_END_ADDR) && (MemoryProgramStatus != FAILED))
    {
      if((*(__IO uint16_t*) Address) != Data)
      {
      MemoryProgramStatus = FAILED;
      }
      Address += 2;
    }
    return MemoryProgramStatus;

}

/*******************************************************************************
* Function Name: Flash_Test_Fast
* Description    : Flash Fast Program Test.(128Byte)
* Input          : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
int Flash_Test_Fast(void)
{
    u8 i, Verity_Flag=0;
    u32 buf;

    for(i=0; i<32; i++)
    {
      buf = i;
    }

    FLASH_Unlock_Fast(); //快速编程模式解锁

    FLASH_ErasePage_Fast(0x0800E000); //擦除指定闪存页，此处擦除0x0800E000这个地址所指定页

    printf("128Byte Page Erase Sucess\r\n");

    FLASH_BufReset(); //复位闪存缓冲区，即执行清除内部128字节缓存区操作

    FLASH_BufLoad(0x0800E000, buf, buf, buf, buf); //向指定地址开始连续写入16字节数据（4字节/次操作，写的地址每次偏移量为4），然后执行加载到缓冲区
    FLASH_BufLoad(0x0800E000 + 0x10, buf, buf, buf, buf);
    FLASH_BufLoad(0x0800E000 + 0x20, buf, buf, buf, buf);
    FLASH_BufLoad(0x0800E000 + 0x30, buf, buf, buf, buf);
    FLASH_BufLoad(0x0800E000 + 0x40, buf, buf, buf, buf);
    FLASH_BufLoad(0x0800E000 + 0x50, buf, buf, buf, buf);
    FLASH_BufLoad(0x0800E000 + 0x60, buf, buf, buf, buf);
    FLASH_BufLoad(0x0800E000 + 0x70, buf, buf, buf, buf);

    FLASH_ProgramPage_Fast(0x0800E000); //启动一次快速页编程动作，编程指定的闪存页

    printf("128Byte Page Program Sucess\r\n");

    FLASH_Lock_Fast();

    for(i=0; i<32; i++) //读编程地址数据校验
    {
      if(buf == *(u32*)(0x0800E000 + 4*i))
      {
            Verity_Flag = 0;
      }
      else
      {
            Verity_Flag = 1;
            break;
      }
    }
    return Verity_Flag;
}

flash.c文件主要包含两个函数，一个是内部FLASH标准编程函数Flash_Test，一个是内部FLASH快速编程函数Flash_Test_Fast，这两个函数具体执行过程如下：

内部FLASH标准编程函数Flash_Test执行过程：

(1)调用FLASH_Unlock函数进行解锁；
(2) 根据起始地址及结束地址计算需要擦除页数；
(3) 调用FLASH_ClearFlag函数清除各种标志位；
(4) 使用for循环以及调用FLASH_ErasePage函数擦除页数，每次擦除一页；
(5) 使用while循环并调用FLASH_ProgramWord函数向起始地址至结束地址的存储区域都写入变量“Data”存储的数值数值；
(6) 调用FLASH_Lock函数进行上锁；
(7) 使用指针读取写入的数据内容并校验。

内部FLASH快速编程函数Flash_Test_Fast执行过程与标准编程执行过程类似，具体如下：

(1)调用FLASH_Unlock_Fast函数进行解锁；
(2) 调用FLASH_ErasePage_Fast函数擦除指定闪存页；
(3) 调用FLASH_BufReset函数复位闪存缓冲区，执行清除内部128字节缓存区操作；
(4) 调用FLASH_BufLoad函数向指定地址开始连续写入16字节数据（4字节/次操作，写的地址每次偏移量为4），然后执行加载到缓冲区；
(5) 调用FLASH_ProgramPage_Fast函数启动一次快速页编程动作，编程指定的闪存页；
(6) 调用FLASH_Lock_Fast函数进行上锁；
(7) 使用for循环读取编程地址进行数据校验并返回校验值。

以上两个函数执行过程可对照CH32V103应用手册第24章闪存操作流程进行程序编写，更有助于理解编程。

main.c函数
int main(void)
{
      Delay_Init();
      USART_Printf_Init(115200);

      printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
      printf("This is flash example\r\n");

      if(Flash_Test()== PASSED)
         {
         printf("读写内部 FLASH 标准编程测试成功\r\n");
         }
      else
         {
         printf("读写内部 FLASH 标准编程测试失败\r\n");
         }

    if(Flash_Test_Fast())
    {
   printf("128Byte Page Verity Fail，快速编程失败\r\n");
    }
    else
    {
   printf("128Byte Page Verity Sucess，快速编程成功\r\n");
    }

      while(1)
      {
      }
}main.c函数主要进行函数初始化以及根据flash.c文件两个函数返回值输出相应信息。


4、下载验证

将编译好的程序下载到开发板并复位，串口打印情况具体如下：
根据串口打印信息可知，内部FLASH标准编程和快速编程测试成功。

读写内部FLASH.rar附件下载

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