版本 b141d2d3ef2c6aca23b7d98cd2b63b68212d476f
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title: Flash
categories: STM32F4
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1.Flash 簡介
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1.1 簡介
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- 記憶體RAM?ROM?
- RAM: 隨機存取記憶體(Random Access Memory)
- 屬於volatile memory(揮發性記憶體)，需要保持通電才能儲存資料
- 內部資料可以任意讀寫，用來存放由硬碟載入的程式或資料供CPU處理運算
- EX:main memory
- 分成DRAM、SRAM
- DRAM(Dynamic Random Access Memory)：所儲存的數據需要週期性地更新
- SRAM(Static Random Access Memory)：只要保持通電，裡面儲存的資料就可以恆常保持
- ROM: 唯讀記憶體(Read Only Memory)
- 屬於非揮發性記憶體（non-volatile memory，縮寫NVRAM)，不須保持通電就能儲存資料
- 但資料一但寫入就無法修改，除非透過特殊的方式(例如EPROM用紫外光照射)才能達成
- 適合放重要且不能被刪除的資料
- 細分為PROM、EPROM、EEPROM(EPROM的改良版)
- EX:BIOS早期放在ROM中，但隨著BIOS大小和複雜程度增加，硬體更新的速度快，以至於BIOS也必須更新以支援新硬體，於是BIOS就改成存在EEPROM或快閃記憶體中讓使用者可以更新
.. image:: /EPROM.jpg
- EPROM: 可抹除可編程唯讀記憶體（Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM）
- 利用高電壓將資料編程寫入，但抹除時需將線路曝光於紫外線下一段時間，資料始可被清空。
- 封裝外殼上會留一個石英玻璃所製的透明窗以便進行紫外線曝光。
- 寫入程式後通常會用貼紙遮蓋透明窗，以防日久不慎曝光過量影響資料。
.. image:: /EEPROM.jpg
- EEPROM: 電子抹除式可複寫唯讀記憶體(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory)
- 是一種可以通過電子方式多次複寫的半導體存儲設備。相比EPROM，EEPROM不需要用紫外線照射，也不需取下，就可以用特定的電壓，來抹除晶片上的訊息，以便寫入新的資料。
- EEPROM有兩種種類：序列式(serial)、並列式(parallel)，其中並列式通常會以Flash來稱呼。
- 除電源線外，串列式通訊口只使用1~4隻接線來傳遞訊號，所需接腳較並列式少
- 1線：1-Wire(型號以93為開頭) 、UNI/O(型號以11為開頭)
- 2線：I2C(型號以24為開頭)
- 3線：Microwire(型號以93為開頭) 、SPI(型號以25為開頭)
- 資料更新方式:以位元組為單位
.. image:: /FLASH.png
- Flash Memory:
- 於1984年發表，Intel之後於1988年發表第一款商業型的NOR Flash晶片
- 以價格便宜、位元密度接手EEPROM的市場位置
- 主要用於一般性資料儲存，以及在電腦及其他數位產品間交換傳輸資料
- EX:記憶卡、隨身碟的儲存媒介
- 快閃記憶體是一種特殊的、以大區塊(blocks)抹寫的EEPROM，寫入大小取決於記憶體控制器本身，介於256KB~20MB不等
- EEPROM只允許單執行緒重寫資料，但快閃記憶體卻可支援多執行緒同時在多個地方寫資料
- 目前主機板的BIOS幾乎都是透過Flash memory儲存
1.2 Flash原理介紹
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.. image:: /Flash_Construction_1.jpg
- 當給予電晶體(MOSFET)的Gate端正電壓後，通道會呈現導通狀態，意即電流會從Source端流到Drain端
- Flash的基本架構則是在原本電晶體的Gate端上加入一層特殊氧化層，使得電子可以在沒電壓供應的情況下，持續儲存在Floating Gate
- 清除(Erase)的方式是在Control Gate給予大約-9~-12V的電壓，並且Source給予大約6V的電壓，清除後的Cell的狀態為bit 1
- 寫入(Write) bit 0的方式是在Control Gate給予大約12V的電壓，並且Drain給予大約7V的電壓
- 讀取(Read)的方式是在Control Gate給予大約5V的電壓，如此一來通道會依據Floating Gate的狀態，出現電流，之後再依據電流大小來判斷是1還是0
.. image:: /Flash_Construction_2.jpg
- Bit Line: Drain
- Word Line: Gate
- Source Line: Source
1.3 NOR/NAND Flash介紹
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.. image:: /NORNAND.png
- **NOR Flash**
- Intel於1988年發表
- 支援**隨機存取**，讀資料的方式跟RAM接近，給address，data就能讀出
- NOR的特點是**原地執行**(XIP, eXecute In Place)，這樣應用程序可以直接在flash memory內運行，不必再把資料讀到系統RAM中
- 每次寫入/擦除都是以1 block為單位;1 block = 16~128 KBytes
- **小容量**(1~4MB)時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能
- NOR flash佔據了容量為1～16MB閃存市場的大部分，因隨機存取快，應用在手機中
- NOR的擦寫週期壽命是一萬~十萬次
- 適合用於**儲存不需經常更新的程式**，例如BIOS或韌體
- **NAND Flash**
- Toshiba於1989年發表
- 適用於**大容量**，更低的寫入和擦除時間，高密度(單元尺寸是NOR Flash的一半)，高壽命(10倍左右)，低製造成本
- I/O pin只有8個，**只允許連續讀取**，所以不適合用於電腦主記憶體(不支援隨機存取)
- 讀寫操作以1 page為單位，擦除(Erase)以1 block為單位
- 1 block = 32 pages;每個block的單位依照廠商製造的不同有區別，介於8~32 KBytes之間
- NAND擦除單元更小，因此**擦除速度**(4ms)比NOR的(5s)**快**
- 適合於**資料儲存**，例如:MMC、固態硬碟(SSD)、USB 3.0隨身碟、手機、數位相機
- 甚至手機、MP3撥放器用NAND Flash當作存放多媒體檔案的媒介，原因在於成本、空間、還有寫入資料的速度
- NAND閃存中每個區塊的最大擦寫次數是一百萬次
1.4 NOR/NAND比較
------------------
+-------------+--------+--------+--------+--------+--------+----------------+
| |讀取速度|寫入速度|擦除速度| 容量 | 成本 | 市佔率 |
+=============+========+========+========+========+========+================+
| NOR Flash | 快 | 慢 | 慢 | 小 | 高 | 減少 |
+-------------+--------+--------+--------+--------+--------+----------------+----------------+
| NAND Flash | 中 | 快 | 快 | 大 | 低 | 上升 |
+-------------+--------+--------+--------+--------+--------+----------------+
- **關於NAND Flash 與 NOR Flash的比較可參考** http://www.8051faq.com.cn/manager/download/20077633203664115781250.PDF
2.Flash 記憶體架構介紹
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2.1 In memory architecture
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Bus Matrix:(利用round-robin演算法來仲裁)
上方為master，右方為slave，bus matrix提供master可concurrent並有效率進行存取slave。
.. image:: /bus_matrix.png
DM00031020-referenceManual P.62
- **AHB(Advanced High-performance Bus)**: AMBA的一部分，負責連接高性能高頻寬的模組，例如processor, DMA controller, memory
- **APB(Advanced Peripheral Bus)**: AMBA的一部分，負責連接低頻寬的周邊，例如UART
- **AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)**: ARM架構下系統晶片(SoC)設計中的一種匯流排架構
- **DMA(Direct Memory Access)**: 允許介面裝置與記憶體之間直接轉移資料，而不需經由CPU的參與
- **FMC(Flexible memory controller)**: 用來連接擴充記憶裝置的控制器，比起FSMC(Flexible Static memory controller)，增加了The Synchronous DRAM (SDRAM) controller ，允許存許DRAM，以及SRAM, Flash, PSRAM, SDRAM等記憶體。
- **Internal SRAM總容量** = 256KB = 64KB CCM data RAM + SRAM 112KB + SRAM 16KB + SRAM 64KB。
- **I-Bus(Instruction Bus)**: 用來傳遞指令
- **D-Bus(Data Bus)**: 用來傳遞資料
- **S-Bus(System Bus)**: 用來傳遞周邊或是SRAM的系統資料
- SRAM連接至I-bus，可用來加快程式的速度；並且連接至D-bus，加快存取data的速度。
- **CCM(Core Coupled Memory)**：是給CPU專用的64KB RAM，不會經過上圖的Bus Matrix，而是透過D-Bus直接與CPU相連，當SRAM被其他硬體使用時，CPU可以使用CCM以達到零等待。記憶體位址在 0x1000 0000 - 0x1000FFFF，與一般的SRAM不連續，而且DMA和周邊也無法直接使用他們，所以一般user的程式完全無法感覺有這64KB的CCM，可用於stack, heap, global variables, critical OS data或做高速運算緩衝(例如JPEG编解碼等)；此外也可以直接拿來當做額外的記憶體使用。
- **Flash memory**: CPU透過AHB I-Code及D-Code來存取Flash，另外可透過ACCEL加速程式執行。
- **ACCEL** : Adaptive real-time memory accelerator (ART Accelerator)，因為Flash的存取速度比起Cortex-M4(180MHz)要慢取多，因此需要一塊記憶體來做Instruction Prefetch來達到0 Wait Sate
- **ACCEL** : Adaptive real-time memory accelerator (ART Accelerator)，可以執行Instruction Prefetch, Instruction cache memory和Data management來加速執行指令的速度。
- Instruction Prefetch: 因為Flash的存取速度比起Cortex-M4(180MHz)要慢取多，因此需要一塊記憶體來做Instruction Prefetch來達到0 Wait Sate，每個flash memory的讀取動作可以讀取128-bits的指令(4個32bits指令或8個16bits指令)，所以在循序讀取code的時候，至少需要四個CPU cycles來執行上一串指令。而Instruction Prefetch可以事先讀取下一串指令，不需要Wait State。設定FLASH_ACR register裡的PRFTEN bit可以開啟Prefetch功能。
.. image:: /ACCEL_1.png
.. image:: /ACCEL_2.png
- Instruction cache memory
為了減少Jump指令的執行時間，有必有保留一塊64條128-bit的Cache Memory
只要開啟FLASH_ACR register的ICEN bit就可以開啟這個功能
每次要求的資料假使不在Cache裡，就會將它放進Cache，若有，CPU就可以直接從Cache讀取，避免延遲的時間。當Cache滿時，則根據LRU(least recently used)原則，將最近最少用的資料清掉。
- Data management
在CPU Pipeline執行階段時，需要從定字池(Literal pools)透過D-Bus取得定字(Literal)，而這個動作會使CPU暫時陷入停頓的狀態，為了減少浪費的時間，必須將存取D-code的優先權調高過I-code的，如果有些特定定字池是很常用的，可以透過設定FLASH_ACR register的DCEN bit，這個功能有些類似instruction cache memory，但它的大小只有8條128-bit。
2.2 Flash interface in system architecture
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.. image:: /Flash_system_architecture.png
DM00031020-referenceManual P.74
2.3 Flash模組的組成
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- Main memory : 由兩個bank組成,每個bank各有4個16Kbytes Sector、1個64Kbytes Sector及7個128Kbytes Sector，一共2048Kbytes(2Mbytes).
- System memory : bootloader code 放置的地方，30Kbytes.
- OTP (One-Time Programmable) : 一次性寫入的空間，共528bytes(512+16)，如放軟體version，硬體version，key…等 for user data，可參考(http://forum.eepw.com.cn/thread/120354/1)
- Option byte : 用來設定讀寫保護、電壓level、軟硬體看門狗與Standby or Stop模式下的重置，每個bank各一個，共32(16+16)bytes.
.. image:: /flash module organization.png
DM00031020-referenceManual P.77
STM32F429中的Flash有以下特性：
- 容量2Mbytes，雙bank架構，支援read-while-write(RWW)
- 單次讀取data為128bits
- 單次寫入可以byte, half-word, word以及double word為單位
- 抹除可以sector為單位或是bank以及mass(全部)操作
3 Flash 操作
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3.1 Read interface(讀取)
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- 為了要正確的從Flash中讀取data，必須在Flash access control register(FLASH_ACR)中，依據CPU clock frequency(HCLK)與device供應的電壓，來設定正確的wait states(LATENCY)值。
- 因為CPU的運行速度遠比Flash快得多，依下表來看，STM32F407的Flash最快access速度為<=30MHZ，如果CPU frequency超過此速度，那就必須增加等待時間。wait states與CPU clock freqency的關係如下表所示 :
.. image:: /embedded/number_of_wait_states.png
DM00031020-referenceManual P.81
- 在Reset之後，CPU clock frequency為16MHz，並且FLASH_ACR中的wait states值被設為0。
- 官方文件建議若要調整wait states值(當加快/減慢CPU frequency時)，依據CPU frequency調試存取Flash所需的ws數。
**當加快CPU frequency時**
1. 在FLASH_ACR register中的LATENCY bits設定新的wait states值。
::
000: 0ws(1 CPU cycle)
001: 1ws(2 CPU cycle)
010: 2ws(3 CPU cycle)
011: 3ws(4 CPU cycle)
100: 4ws(5 CPU cycle)
101: 5ws(6 CPU cycle)
110: 6ws(7 CPU cycle)
111: 7ws(8 CPU cycle)
2. 透過讀取FLASH_ACR register，確認新的wait states值有被無設定成功。
3. 再透過寫入RCC_CFGR(Reset and Clock Control Configuration Register)中的SW(System clock switch) bits來修改 CPU clock source.
::
sw :
00 : HSI (High Speed Internal)
01 : HSE (High Speed External)
10 : PLL (Phase Lock Loop)
11 : not allowed
- 當離開Stop或Standby模式時，或者當HSE Failure時，將由硬體強制轉為HSI。可參考(http://blog.csdn.net/joji_h/article/details/5581340)
4. 如果需要，可透過寫入RCC_CFGR register中的HPRE(AHB Prescaler) bits來修改CPU clock prescaler以調整clock freqency.
::
HPRE bits:
0xxx : System clock not divided
1000 : System clock divided by 2
1001 : System clock divided by 4
1010 : System clock divided by 8
...
1111 : System clock divided by 512
5. 透過讀取RCC_CFGR register中的SWS(System clock switch status) bits 來確認新的SW(System clock switch) bits有無被設定成功；透過讀取RCC_CFGR register中的來確定新的HPRE(AHB Prescaler) bits有無被設定成功。
**當減慢CPU frequency時**
1. 透過寫入RCC_CFGR(Reset and Clock Control Configuration Register)中的SW(System clock switch) bits來修改 CPU clock source.
2. 如果需要，可透過寫入RCC_CFGR register中的HPRE(AHB Prescaler) bits來修改CPU clock prescaler以調整clock freqency.
3. 透過讀取讀取RCC_CFGR register中的SWS(System clock switch status) bits 來確認新的SW(System clock switch) bits有無被設定成功；透過讀取RCC_CFGR register中的來確定新的HPRE(AHB Prescaler) bits有無被設定成功。
4. 在FLASH_ACR register中的LATENCY bits設定新的wait states值。
5. 透過讀取FLASH_ACR register，確認新的wait states值有被無設定成功。
p.s. 加快cpu freqency的step 1~2等於減慢cpu freqency的step4~5；加快cpu freqency的step 3~5等於減慢cpu freqency的step1~3。
3.2 Erase and program operations
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**操作前需知**
- CPU clock frequency必須至少要在1MHZ以上，Flash才能做erase及program的操作，若在操作的途中發生reset，則不保證Flash中內容正確。
- Flash在program/erase操作時，任何欲read Flash的操作會被暫停，需直到program操作完成後，read操作才會被正確的執行。這也代表當program/erase操作正在執行中，code or data fetch(即read)無法執行。
- 在STM32F42xxx和 STM32F43xxx板子上，有兩個bank。故可以支援一bank讀，另一bank寫/抹除。
在做抹除與寫入動作之前，必須先設定Flash control register(FLASH_CR)，然而在Reset之後，FLASH_CR是不可寫入的。因此必須透過以下方法解鎖：
1. 在Flash key register(FLASH_KEYR)中寫入0x45670123。
2. 在Flash key register(FLASH_KEYR)中寫入0xCDEF89AB。
**必須連續執行1與2才會解鎖**
- 若步驟錯誤一樣會鎖住FLASH_CR，直到reset後才能用以上方式解鎖。
- 若解鎖後要再次鎖住，只要在FLASH_CR中設定LOCK bit即可。
此外，FLASH_CR在FLASH_SR的BSY值為1時是同樣不可寫入的。
3.3 Program/erase parallelism (寫入/抹除並行)
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- Parallelism為在操作program或erase時，最大能夠寫幾bit的0。
- PSIZE是在FLASH_CR register中，此值必須在programming/erasing前正確的被寫入。對應表如下表：
.. image:: /parallelism.JPG
DM00031020-referenceManual P.85
- 以下是各種型態單次寫入時所需的大小
- **Byte : x8**
- **Half-word : x16**
- **Word : x32**
- **Double-word : x64**
3.4 Erase (抹除)
-----------------
Flash memory erase的操作以sector，bank，Mass(整個flash memory)為單位。
- **區塊抹除(Sector Erase)**:
1. 檢查Flash status register(FLASH_SR)中BSY(Busy) bit是否為0。(0代表目前沒有其他的Flash操作，1代表有其他Flash操作正在進行中)
2. 設定FLASH_CR register中SER(Sector Erase) bit告知啟用區塊抹除，並設定SNB(Sector number) bit告知欲抹除的區塊。
::
SER sector
00000 sector 0
00001 sector 1
...
10111 sector 23
不得超過此範圍。
3. 設定FLASH_CR register中的STRT(Start) bit。
4. 等待FLASH_SR register中的BSY bit清空。(或使用EOP中斷)
- **bank抹除(Bank Erase)**:
1. 檢查FLASH_SR register中BSY bit是否為0。
2. 設定FLASH_CR register中MER(Mass Erase of bank 1)或MER1(Mass Erase of bank 2)bit，告知啟用bank抹除。
3. 設定FLASH_CR register中的STRT bit。
4. 等待FLASH_SR register中的BSY bit清空。(或使用EOP中斷)
- **大量抹除(Mass Erase)**:
1. 檢查FLASH_SR register中BSY bit是否為0。
2. 設定FLASH_CR register中的MER和MER1 bit。
3. 設定FLASH_CR register中的STRT bit。
4. 等待FLASH_SR register中的BSY bit清空。(或使用EOP中斷)
- **注意**
- 如果MERx和SER同時被設定，則會執行bank(或mass) erase。
- 如果MERx和SER皆沒被設定，但STRT被設定，此為未定義行為，無法預測後果。
- Mass Erase並不會影響OTP sector或是設定區的sector。
3.5 Program (寫入)
-----------------------------------
- **基本觀念：**
- Flash的每個cell在寫的時候只能1->0，不能從0->1；而erase後，該sector中所有的cell值皆為1。
- 基於上述，當同時需要erase和write的動作時，會先執行erase(0->1)，再執行write(1 -> 0)
- **寫入步驟：**
1. 檢查FLASH_SR register中BSY bit是否為0。
2. 設定FLASH_CR中的PG(Programming) bit。
3. 在指定的位置(main memory block或OTP area)執行資料寫入的動作。
4. 等待FLASH_SR中的BSY bit清空。
- **寫入錯誤：**
- 在寫入的過程中，如果出現錯誤，則register FLASH_SR中的Programming errors Flags會被設定。
- PGAERR: 超過128bits的限制
- PGPERR: PSIZE設定錯誤(參考3.3)
- PGSERR: 沒按照標準寫入程序(例: 在寫入Flash memory之前忘記設定PG)
3.6 Read-while-write (RWW)
-----------------------------------
- **基本觀念: **
- 與一般寫入，抹除的方法相同(參考3.4, 3.5)
- Write-while-write 並不允許。因為當有任一bank正在寫入、抹除時，FLASH_SR的BSY bit為1。
- **讀bank1 抹除bank2 **
當bank1 正在讀取的時候，可以抹除bank2的資料(反之亦然)。操作方法如下
1. 檢查FLASH_SR register中BSY bit是否為0。
2. 設定FLASH_CR register中MER或MER1 bit，告知啟用bank抹除。
3. 設定FLASH_CR register中的STRT bit。
4. 等待FLASH_SR register中的BSY bit清空。(或使用EOP中斷)
- **讀bank1 寫bank2 **
當bank1 正在讀取的時候，可以寫入bank2的資料(反之亦然)。操作方法如下
1. 檢查FLASH_SR register中BSY bit是否為0。
2. 設定FLASH_CR中的PG(Programming) bit。
3. 在指定的位置(main memory block或OTP area)執行資料寫入的動作。
4. 等待FLASH_SR中的BSY bit清空。(或使用EOP中斷)
3.7 Interrupt
----------------------------------------------------------------
- **在erase或program結束時發出中斷 **
- 設定FLASH_CR register中的end of operation interrupt enable(EOPIE) bit。
- 結束時，FLASH_SR register中的BSY bit為0，而end of operation(EOP) bit為1。
- **在錯誤時發出中斷 **
- 在program或erase操作過程中有錯誤發生時，FLASH_SR register中的某些flag會被設定
- PGAERR, PGPERR, PGSERR (Program error flags)
- WRPERR (Protection error flag)
- RDERR (Read protection error flag)
- 此時，若FLASH_CR register中的error interrupt enable bit(ERRIE)為1，則FLASH_SR register中的operation error bit(OPERR)會在錯誤發生時被設定。
.. image:: /embedded/flash_interrupt_request.jpg
DM00031020-referenceManual P.88
3.8 Option bytes
----------------------------------
- **操作步驟 **
- 在更改option bytes之前，必須先清除FLASH_OPTCR register中的option lock bit(OPTLOCK)
- 但是此bit是受到保護的，要解鎖必須先依序
1. 寫入 OPTKEY1 = 0x0819 2A3B 到 Flash option key register (FLASH_OPTKEYR)
2. 寫入 OPTKEY2 = 0x4C5D 6E7F 到 Flash option key register (FLASH_OPTKEYR)
- 開始更改時，必須同時更改bank1及bank2的user option bytes，無法單獨更改。步驟如下
1. 檢查FLASH_SR register中BSY bit是否為0
2. 將bank2 option bytes的值寫入FLASH_OPTCR1 register
3. 將bank1 option bytes的值寫入FLASH_OPTCR register
4. 設定FLASH_OPTCR register中的OPTSTRT bit
5. 等待FLASH_SR register中的BSY bit清空
- **Read Protections(讀取保護) **
有三種Read Protections levels:
- Level 0: 無讀取保護
- 將 0xAA 寫入FLASH_OPTCR中的RDP(Read Protection) bit
- 表示Read protection not active。
- Level 1: 開啟讀取保護
- 預設模式，將除了 0xAA 以及 0xCC 以外的值寫入FLASH_OPTCR中的RDP bit
- 由system memory和SRAM啟動且執行的processes無法對Flash memory做存取。
- 由flash memory啟動的程式依然可以存取(讀、寫、抹除)flash memory。
- 若想要降級為level 0，會引發mass erase
- Level 2: 開啟讀取保護，禁用debug/chip
- 將 0xCC 寫入FLASH_OPTCR中的RDP bit
- 所有level 1 的限制皆開啟。
- 不得由 system memory和SRAM執行程式。
- JTAG, SWV (single-wire viewer), ETM, boundary scan皆無法使用。
- User option bytes不能再被更改。
- 由flash memory啟動的程式依然可以存取(讀、寫、抹除)flash memory。
- 一旦設定成level 2以後就無法再更改為level 1 和2。
.. image:: /embedded/access_versus_read_protection_level.jpg
DM00031020-referenceManual P.94
.. image:: /embedded/RDP_levels.jpg
DM00031020-referenceManual P.94
- **Write Protections(寫入保護) **
- 在24個User Sector中(請見5.Flash記憶體架構介紹)，Flash memory可以設為保護狀態來避免非預期的寫入操作造成的數據遺失問題。
- 當FLASH_OPTCR或FLASH_OPTCR1 中的nWRPi(non-write protection) bit (0 <= i <= 11)為0時，i所對應的sector就不能夠被寫入或抹除。
- 同樣地，在大量抹除中，只要在抹除範圍內有任何一個Sector是寫入保護的狀態，就不能夠進行抹除。
- 若嘗試在寫入保護的區域中進行寫入/抹除的行為，將會在FLASH_SR中設置WRPERR(Write protection error flag)。
- **Proprietary code readout protection (PCROP) **
- 使用 proprietary readout protection (PCROP)可以保護 Flash memory user sectors (0到23)不被 D-bus 存取。也就是說，只能夠由I-Bus 抓取指令。
- 可以在FLASH_CR暫存器中的SPRMOD bit 設定PCROP。
- SPRMOD = 0: 關閉PCROP，nWRPi僅控制寫入保護。
- SPRMOD = 1: 開啟PCROP，nWRPi 控制讀寫保護。
- 當PCROP被設置時
- 任何來自D-Bus的讀取會使RDERR(Proprietary readout protection error) flag被設立.
- 任何寫入及抹除的動作會使WRPERR(Write protection error) flag被設立。
.. image:: /embedded/PCROP_levels.jpg
DM00031020-referenceManual P.96
3.9 One-time programmable (OTP)
-------------------------------------------------------------
- 一次性可編程唯讀記憶體（One Time Programmable Read Only Memory，OTPROM）之寫入原理同EPROM，但是為了節省成本，編程寫入之後就不再抹除，因此不設置透明窗(不能被抹除)。
- 總共528 bytes
- OTP bytes(512 bytes)
- OTP lock bytes(16 bytes)
- OTP bytes:16個block，每個block有32bytes(總共512 bytes)--for user data
- OTP lock bytes:有16 bytes LOCKBi (0 ≤ i ≤ 15)分別控制相對應的16個block--for locking the correspaonding OTP
- 在OTP lock byte 為 0x00 的時候，OTP 才可以被寫入資料(原本為0xFF)；而OTP block byte只能為0x00或是0xFF，否則OTP可能會讀不到正確的值
.. image:: http://3.bp.blogspot.com/-F9ULpiVgyY8/Uqkt_At7hMI/AAAAAAAAAD0/0px2QSGozeI/s1600/OTP.png
DM00031020-referenceManual P.97
4.Flash interface registers
===========================
- read/write (rw) :Software can read and write to these bits.
- read-only (r) :Software can only read these bits.
- write-only (w) :Software can only write to this bit. Reading the bit returns the reset value.
- read/clear (rc_w1) :Software can read as well as clear this bit by writing 1. Writing ‘0’ has no effect on the bit value.
- read/clear (rc_w0) :Software can read as well as clear this bit by writing 0. Writing ‘1’ has no effect on the bit value.
- read/set (rs) :Software can read as well as set this bit. Writing ‘0’ has no effect on the bit value.
4.1 Flash access control register (FLASH_ACR)
-----------------------------------------------
Address offset : 0x00, Reset value: 0x0000 0000.
.. image:: /Flash_acr.JPG
DM00031020-referenceManual P.97
::
Bits 31:13 保留位置，必須保持淨空。
Bit 12 DCRST : Data cache reset. 0: not reset; 1: reset. (當D cache未啟用時才可寫入)
Bit 11 ICRST : Instruction cache reset. 0: not reset ; 1: reset. (當I cache未啟用時才可寫入)
Bit 10 DCEN : Data cache enable. 0: disabled; 1: enabled.
Bit 9 ICEN : Instruction cache enable. 0: disabled; 1: enabled.
Bit 8 PRFTEN : Prefetch enable. 0: disabled; 1: enabled;
Bits 7:3 保留位置，必須保持淨空。
Bits 2:0 LATENCY : Latency.
4.2 Flash key register (FLASH_KEYR)
-------------------------------------
Address offset : 0x04, Reset value: 0x0000 0000.
.. image:: /flash_keyr.JPG
DM00031020-referenceManual P.99
::
Bits 31:0 FKEYR : FPEC key. 解鎖用，前方已經描述過如何解鎖FLASH_CR，在此不贅述。
4.3 Flash status register (FLASH_SR)
-------------------------------------
Address offset : 0x0C, Reset value: 0x0000 0000.
.. image:: /flash_sr.JPG
DM00031020-referenceManual P.101
::
Bits 31:17 保留位置，必須保持淨空。
Bit 16 BSY : Busy. 0: 無其他記憶體操作; 1: 其他記憶體操作進行中。(若無任何操作時會自動清除)
Bits 15:8 保留位置，必須保持淨空。
Bit 7 PGSERR : Programming sequence error. 當程式出現錯誤時會設值。若寫入1則清空。
Bit 6 PGPERR : Programming parallelism error. 當程式寫入大小與型態不符(對照PSIZE)時會設值。若寫入1則清空。
Bit 5 PGAERR : Programming alignment error. 當資料寫入時無法塞入128-bit的Flash memory row會設值。若寫入1則清空。
Bit 4 WRPERR : Write protection error. 當嘗試寫入/抹除一個寫入保護的Flash memory區域時會設值。若寫入1則清空。
Bit 3:2 保留位置，必須保持淨空。
Bit 1 OPERR : Operation error. 當任何的Flash操作失效時設值，但這個bit只會在ERRIE(Error Interrupts)啟用時生效。
Bit 0 EOP : End of Operation. 當一或多個Flash操作成功完成時設值，這個bit只會在EOPIE(End of Operation Interrupts)啟用時生效。若寫入1則清空。
4.4 Flash control register (FLASH_CR)
-------------------------------------
Address offset : 0x10, Reset value: **0x8000** 0000.
.. image:: /flash_cr.JPG
DM00031020-referenceManual P.105
::
Bit 31 LOCK : Lock. 只能寫為1，當值為1時，FLASH_CR將鎖住不可更改，唯有偵測到解鎖序列才會清除。
Bits 30:26 保留位置，必須保持淨空。
Bit 25 ERRIE: Error interrupt enable. 0: Disabled; 1: Enabled.
Bit 24 EOPIE: End of operation interrupt enable. 0: Disabled; 1: Enabled.
Bits 23:17 保留位置，必須保持淨空。
Bit 16 STRT: Start. 只能由軟體設置，且在BSY bit清空時會一併清空。
Bits 15:10 保留位置，必須保持淨空。
Bits 9:8 PSIZE: Program size. 前方有提過PSIZE的設置，在此不贅述。
Bits 6:3 SNB: Sector number. 前方有提過SNB的設置，在此不贅述。
Bit 2 MER: Mass Erase.
Bit 1 SER: Sector Erase.
Bit 0 PG: Programming.
4.5 Flash option control register (FLASH_OPTCR)
-----------------------------------------------
Address offset : 0x14, Reset value: **0x0FFF AAED**.
.. image:: /flash_optcr.JPG
DM00031020-referenceManual P.106
::
Bits 31:28 保留位置，必須保持淨空。
Bits 27:16 nWRP: Not write protect. 0: write protection active; 1: write protection not active.
Bits 15:8 RDP: Read protect. 0xAA : Level 0, read protection not active; 0xCC : Level 2, chip read protection active; Others : Level 1, read protection of memories active.
Bits 7:5 USER: User option bytes
Bit 4 保留位置，必須保持淨空。
Bits 3:2 BOR_Level: BOR reset level.
00 : BOR level 3, 電壓 2.70~3.60V
01 : BOR level 2, 電壓 2.40~2.70V
10 : BOR level 1, 電壓 2.10~2.40V
11 : BOR off, 電壓 1.80~2.10V
Bit 1 OPTSTRT: Option start.
Bit 0 OPTLOCK: Option lock.
5.Example
=================
5.1 LED LEGEND
--------------
- GREEN : FLASH is unlocked.
- BLUE : FLASH is writing.
- RED : FLASH is erasing.
- YELLOW: FLASH is reading.
5.2 git repository
------------------
- git repo: https://github.com/choupc/stm32_flash_demo
5.3 operation flow
------------------
- 1.Flash unlock
- GREEN LED ON
::
FLASH_Unlock();
STM_EVAL_LEDOn(LED4);
printf("\r\n FLASH Unlock \r\n");
FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_EOP | FLASH_FLAG_OPERR | FLASH_FLAG_WRPERR |
FLASH_FLAG_PGAERR | FLASH_FLAG_PGPERR|FLASH_FLAG_PGSERR);
- 2.Erase from sector2 to sector 11
- RED LED ON
- 3.Erase complete
- RED LED OFF
::
for (i = StartSector; i <= EndSector; i += 8)
STM_EVAL_LEDOn(LED5);
printf("\r\n Erase sector:%d \r\n",a);
if (FLASH_EraseSector(i, VoltageRange_3) != FLASH_COMPLETE)
- 4.Write from sector2 to sector 11 as "0x12345678"
- BLUE LED ON
- 5.Finished write process
- BLUE LED OFF
::
printf("\r\n FLASH is writing... \r\n");
while (Address < FLASH_USER_END_ADDR){
STM_EVAL_LEDOn(LED6);
if (FLASH_ProgramWord(Address, DATA_32) == FLASH_COMPLETE) {
- 6.Flash lock
- GREEN LED OFF
::
FLASH_Lock();
STM_EVAL_LEDOff(LED4);
printf("\r\n FLASH lock \r\n");
- 7.Verification (Reading...)
- YELLOW LED ON
- 8.Read complete
- YELLOW LED OFF
::
printf("\r\n FLASH is reading... \r\n");
while (Address < FLASH_USER_END_ADDR){
STM_EVAL_LEDOn(LED3);
data32 = *(__IO uint32_t*)Address;
if (data32 != DATA_32){
printf("\r\n Read error \r\n");
}
Address = FLASH_USER_END_ADDR;
STM_EVAL_LEDOff(LED3);
} printf("\r\n Read complete \r\n");
- 9.進入等待狀態
5.4 DEMO
------------------
- Flash memory sector2 的內容:
.. image:: /1492801_611112942271128_116086978_n.jpg
- Demo video
- http://www.youtube.com/watch?v=yW_IF_wHWBc&feature=youtu.be
6.STM32F407VG 硬體介紹
=====================
.. image:: /block_diag_1.JPG
.. image:: /block_diag_2.JPG
DM00037051-datasheet P.18
7.reference
===========
- https://gitcafe.com/xturtle/NCKU-Embedded-2012-Flash-Demo
- http://wiki.csie.ncku.edu.tw/embedded/learn-stm32-part-1.pdf
- http://wiki.csie.ncku.edu.tw/embedded/learn-stm32-part-6.pdf
- http://www.triplespark.net/elec/pdev/arm/stm32.html
- http://www.codeproject.com/Articles/14983/Remote-Debugging-using-GDB
- http://cms.mcuapps.com/products/stm32f4-discovery/README.html
- http://cms.mcuapps.com/techinfo/toolchains/openocd/
- http://www.st.com/internet/mcu/product/252140.jsp
- http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%97%AA%E5%AD%98
- `快閃記憶體(wiki)<http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BF%AB%E9%96%83%E8%A8%98%E6%86%B6%E9%AB%94>`_
- http://www.eetasia.com/ART_8800627935_480200_NT_1866240e.HTM
- http://www.xuan.idv.tw/wordpress/?p=821
- `Nand Flash 基本介紹 <http://cmchao.logdown.com/posts/60216>`_
- `Nand Flash BBT Support in Linux <http://cmchao.logdown.com/posts/61616-nand-flash-support-in-linux>`_
- http://www.ptt.cc/bbs/NTU-EM93/M.1253794167.A.8F8.html
- `[轉載]Nand flash結構以及讀寫經典分析<http://blog.xuite.net/ffc99a3b/ooxx/35948314-%5B%E8%BD%89%E8%BC%89%5DNand+flash%E7%B5%90%E6%A7%8B%E4%BB%A5%E5%8F%8A%E8%AE%80%E5%AF%AB%E7%B6%93%E5%85%B8%E5%88%86%E6%9E%90>`_
