世至其美嵌入式 | U-Boot的源码stm_flash.c详细剖析
FLASH存储器
FLASH存储器又称为闪存，它也是可重复擦写的储器，部分书籍会把FLASH存储器称为FLASH ROM，但它的容量一般比EEPROM大得多，且在擦除时，一般以多个字节为单位。
根据存储单元电路的不同，FLASH存储器又分为NOR FLASH和NAND FLASH。
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支持XIP，才能直接运行代码，SD卡，硬盘，U盘其实都是NAND FLASH，STM32F429芯片其实是集成1M NOR FLASH
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stm32_flash.c源代码
//头文件引入
#include <common.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/arch/stm32.h>
#include "stm32_flash.h"
flash_info_t flash_info[CONFIG_SYS_MAX_FLASH_BANKS];
#define STM32_FLASH ((struct stm32_flash_regs *)FLASH_CNTL_BASE)
//配置 Flash等待周期 、预取指令、指令缓存和数据缓存
void stm32_flash_latency_cfg(int latency)
{
writel(FLASH_ACR_WS(latency) | FLASH_ACR_PRFTEN | FLASH_ACR_ICEN | FLASH_ACR_DCEN, &STM32_FLASH->acr);
}
static void stm32_flash_lock(u8 lock)
{
if (lock) {
//加锁，将STM32_FLASH->cr的最高位置1
setbits_le32(&STM32_FLASH->cr, STM32_FLASH_CR_LOCK);
} else {
//解锁
//往 Flash 密钥寄存器 FLASH_KEYR 中写入 KEY1 = 0x45670123
//再往 Flash 密钥寄存器 FLASH_KEYR 中写入 KEY2 = 0xCDEF89AB
writel(STM32_FLASH_KEY1, &STM32_FLASH->key);
writel(STM32_FLASH_KEY2, &STM32_FLASH->key);
}
}
//flash初始化
unsigned long flash_init(void)
{
unsigned long total_size = 0;
u8 i, j;
for (i = 0; i < CONFIG_SYS_MAX_FLASH_BANKS; i++) {
flash_info[i].flash_id = FLASH_STM32;//使能stm32的flash
flash_info[i].sector_count = CONFIG_SYS_MAX_FLASH_SECT;//最大分配扇区数量
flash_info[i].start[0] = CONFIG_SYS_FLASH_BASE + (i << 20);//虚拟的扇区地址
flash_info[i].size = sect_sz_kb[0];//每个扇区的大小空间
for (j = 1; j < CONFIG_SYS_MAX_FLASH_SECT; j++) {
/*下一个扇区的起始地址是上一个的起始地址+上一个扇区的大小*/
flash_info[i].start[j] = flash_info[i].start[j - 1]
+ (sect_sz_kb[j - 1]);
//累加，一个flash中每个扇区加起来的总大小
flash_info[i].size += sect_sz_kb[j];
}
total_size += flash_info[i].size;//累加，多个flash总大小空间
}
return total_size; //返回总大小空间
}
void flash_print_info(flash_info_t *info)
{
int i;
if (info->flash_id == FLASH_UNKNOWN) {
printf("missing or unknown FLASH type\n");
return;
} else if (info->flash_id == FLASH_STM32) {
printf("stm32 Embedded Flash\n");
}
printf(" Size: %ld MB in %d Sectors\n",
info->size >> 20, info->sector_count);
printf(" Sector Start Addresses:");
for (i = 0; i < info->sector_count; ++i) {
if ((i % 5) == 0)
printf("\n ");
printf(" %08lX%s",
info->start[i],
info->protect[i] ? " (RO)" : " ");
}
printf("\n");
return;
}
//flash擦除扇区
int flash_erase(flash_info_t *info, int first, int last)
{
u8 bank = 0xFF;
int i;
//找到要擦除的flash
for (i = 0; i < CONFIG_SYS_MAX_FLASH_BANKS; i++) {
if (info == &flash_info[i]) {
bank = i;
break;
}
}
if (bank == 0xFF)//不存在
return -1;
//解锁flash
stm32_flash_lock(0);
for (i = first; i <= last; i++) {
//检查 FLASH_SR 状态寄存器中的 BSY 位，以确认当前未执行任何 Flash 操作
while (readl(&STM32_FLASH->sr) & STM32_FLASH_SR_BSY);
/*在写入新的扇区之前，先清除旧的扇区*/
clrbits_le32(&STM32_FLASH->cr, STM32_FLASH_CR_SNB_MASK);
if (bank == 0) {
//设置操作的扇区编号0
setbits_le32(&STM32_FLASH->cr, (i << STM32_FLASH_CR_SNB_OFFSET));
} else if (bank == 1) {
//设置扇区编号1
setbits_le32(&STM32_FLASH->cr,((0x10 | i) << STM32_FLASH_CR_SNB_OFFSET));
} else {
stm32_flash_lock(1);//加锁，返回异常
return -1;
}
//在 FLASH_CR 寄存器中，将 SER 位置 1，激活扇区擦除
setbits_le32(&STM32_FLASH->cr, STM32_FLASH_CR_SER);
//将 FLASH_CR 寄存器中的 STRT 位置 1，该位置 1 后可触发擦除操作。
//该位只能通过软件置 1，并在 BSY 位清零后随之清零。
setbits_le32(&STM32_FLASH->cr, STM32_FLASH_CR_STRT);
while (readl(&STM32_FLASH->sr) & STM32_FLASH_SR_BSY);//等待 BSY 位清零
//在 FLASH_CR 寄存器中，将 SER 位置 0
clrbits_le32(&STM32_FLASH->cr, STM32_FLASH_CR_SER);
}
stm32_flash_lock(1);//擦除完加锁
return 0;
}
int write_buff(flash_info_t *info, uchar *src, ulong addr, ulong cnt)
{
ulong i;
/*检查 FLASH_SR 状态寄存器中的 BSY 位，以确认当前未执行
任何 Flash 操作*/
while (readl(&STM32_FLASH->sr) & STM32_FLASH_SR_BSY);
//解锁
stm32_flash_lock(0);
//将cr寄存器的PG位置一,激活 Flash 编程
setbits_le32(&STM32_FLASH->cr, STM32_FLASH_CR_PG);
for (i = 0; i < cnt; i++) {
//写入数据
*(uchar *)(addr + i) = src[i];
//把当前CPU寄存器中的被修改过的数值存入内存
mb();
//等待 BSY 位清零
while (readl(&STM32_FLASH->sr) & STM32_FLASH_SR_BSY);
}
//将cr寄存器的PG位置一,关闭激活 Flash 编程
clrbits_le32(&STM32_FLASH->cr, STM32_FLASH_CR_PG);
stm32_flash_lock(1);//加锁
return 0;
}stm_flash.c的函数大致功能
//头文件
#include <common.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/arch/stm32.h>
#include "stm32_flash.h“
//flash信息结构体
flash_info_t flash_info[CONFIG_SYS_MAX_FLASH_BANKS];
//flash基地址
#define STM32_FLASH ((struct stm32_flash_regs *)FLASH_CNTL_BASE)
//配置 Flash等待周期 、预取指令、指令缓存和数据缓存
void stm32_flash_latency_cfg(int latency)
//加解锁
static void stm32_flash_lock(u8 lock)
//flash初始化
unsigned long flash_init(void)
//flash打印信息
void flash_print_info(flash_info_t *info)
//flash擦除扇区
int flash_erase(flash_info_t *info, int first, int last)
//flash写入
int write_buff(flash_info_t *info, uchar *src, ulong addr, ulong cnt)
逐行讲解
//flash基地址
#define STM32_FLASH ((struct stm32_flash_regs *)FLASH_CNTL_BASE)采用相对寻址的方式：
#define FLASH_CNTL_BASE (AHB1_PERIPH_BASE + 0x3C00)
#define AHB1_PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00020000)
#define PERIPH_BASE 0x40000000ULflash基地址在stm32中：0x4002 3C00，挂在高速总线AHB1上
stm32总线基地址：
APB1 0x4000 0000 0x0（相对总线基地址偏移量）
APB2 0x4001 0000 0x0001 0000
AHB1 0x4002 0000 0x0002 0000
AHB2 0x5000 0000 0x1000 0000
AHB3 0x6000 0000 不在片上外设范围内
总线的基址：APB1 0x4000 0000
AHB系统总线（高速）：主要用于高性能模块之间的连接，如CPU、DMA和DSP等。
APB外围总线（低速）APB主要用于低带宽的周边外设之间的连接，如UART等。
内联函数定义：static inline void writel(u32 val, void *addr)
函数内容：(u32 )addr = val;//将对应的值写入地址
内联函数减少了对栈的进出时间的开销，却扩大了主存的空间来容纳本来在栈里的函数。
FLASH_ACR_WS(latency)
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) 中正确地编程等待周期数 (LATENCY)。
FLASH时序延迟几个周期，等待总线同步操作。
推荐按照单片机系统运行频率，
0~24MHz时，取Latency=0；
24~48MHz时，取Latency=1；
48~72MHz时，取Latency=2；
FLASH_ACR_PRFTEN 预取指令
FLASH_ACR_ICEN 指令缓存
FLASH_ACR_DCEN 数据缓存
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解锁 :
- 往 Flash 密钥寄存器 FLASH_KEYR 中写入 KEY1 = 0x45670123
- 再往 Flash 密钥寄存器 FLASH_KEYR 中写入 KEY2 = 0xCDEF89AB
flash_info[i].start[0] = CONFIG_SYS_FLASH_BASE + (i << 20);//虚拟的扇区起始地址0xbfc00000，
i<<20：表示每个flash最大分配空间1024KB
CONFIG_SYS_MAX_FLASH_SECT：最大被分配扇区数量
flash_info[i].size：每个扇区的大小
Flash的扇区的大小排列（Byte）：
static const u32 sect_sz_kb[CONFIG_SYS_MAX_FLASH_SECT] = {
[0 ... 3] = 32 * 1024,
[4] = 128 * 1024,
[5 ... 7] = 256 * 1024
};总共1024KB，被分成8个扇区
0~3 32KB
4 128KB
5~7 256KB
知识扩展
扇区擦除 ：
扇区擦除的具体步骤如下：
1.检查 FLASH_SR 寄存器中的 BSY 位，以确认当前未执行任何 Flash 操作
- 在 FLASH_CR 寄存器中，将 SER 位置 1，并从主存储块的 12 个 (STM32F405xx/07xx 和 STM32F415xx/17xx) 或 24 个 (STM32F42xxx 和 STM32F43xxx) 扇区中选择要擦除的扇区 (SNB)
- 将 FLASH_CR 寄存器中的 STRT 位置 1
- 等待 BSY 位清零
批量擦除，建议采用以下步骤：
1.检查 FLASH_SR 寄存器中的 BSY 位，以确认当前未执行任何 Flash 操作
- 将 FLASH_CR 寄存器中的 MER 位置 1(STM32F405xx/07xx 和 STM32F415xx/17xx 器件）
- 将 FLASH_CR 寄存器中的 MER 和 MER1 位置 1（STM32F42xxx 和 STM32F43xxx 器件）
- 将 FLASH_CR 寄存器中的 STRT 位置 1
- 等待 BSY 位清零批量擦除
mb()：
#define mb() asm volatile("dmb 3\n" : : : "memory")告诉编辑器，内存已经被修改，编辑器就会在这段指令之前，插入必要的指令将前面因为优化Cache 到寄存器中的变量值先写回内存，如果以后又要使用这些变量再重新读取。
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内嵌汇编语法
__asm__(汇编语句模板: 输出部分: 输入部分: 破坏描述部分内存屏障
1) asm用于指示编译器在此插入汇编语句
2) volatile用于告诉编译器，严禁将此处的汇编语句与其它的语句重组合优化。即：原原本本按原来的样子处理这这里的汇编。
3) memory强制gcc编译器假设RAM所有内存单元均被汇编指令修改，这样cpu中的registers和cache中已缓存的内存单元中的数据将作 废。cpu将不得不在需要的时候重新读取内存中的数据。这就阻止了cpu又将registers，cache中的数据用于去优化指令，而避免去访问内存。
4）"":::表示这是个空指令。(双引号里面是指令)
难点分析：
C语言关键字volatile:
用来修饰变量，表明某个变量的值可能在外部被改变，因此对这些变量的存取不能缓存到寄存器，每次使用时需要重新存取。
Memory描述符：
- 告诉GCC,不要将该段内嵌汇编指令与前面的指令重新排序；也就是在执行内嵌汇编代码之前，它前面的指令都执行完毕
- 告诉GCC,不要将变量缓存到寄存器，因为这段代码可能会用到内存变量，而这些内存变量会以不可预知的方式发生改变，因此GCC插入必要的代码先将缓存到寄存器的变量值写回内存，如果后面又访问这些变量，需要重新访问内存。
微信
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