STM32----FLASH掉电保存动态平衡方案_flash 掉电

      stm32是支持对自身Flash（code区）进行读写的。所以，在某些需要掉电保存的场合，我们可以利用这一特性节省一个外部的Flash或者EEPROM，对数据进行保存。

     但是，如果需要经常性的保存数据，就会对固定地址的Flash进行频繁的擦写，大大损耗Flash的寿命。在这种时候，就需要用到动态平衡的方法进行处理了。原理：

一、Flash擦写寿命

       根据网上查阅的资料，单个NOR Flash地址的寿命，是受擦写次数的影响的。再具体一点，单个地址上的每个位，分别独立。比如0x08011000这个地址，共有8个bit，假设我一直令这个地址的数据循环为0x01与0x00。那么bit0位就会一直被擦写。循环几万次后bit0位就有可能损坏而不能擦写。但是bit0损坏并不影响其他位的功能，比如bit1位，还是能正常使用。

二、stm32读写NOR Flash

      stm32读写自身Flash是半字的，也就是说一次读或者写都是两个字节的。所以下面的标志域也好，数据域也好，都是按照半字为单位进行统计的。

三、平衡方案

假设我们打算在0x08001000这个地址开始，利用数据域为Count个半字大小的空间，进行数据存储。将Flash分为3个区域。

1、初始化标志域

2、标志域

3、数据域

（1）初始化标志域：用来存储起始地址（Addr），以及数据域的半字的个数（Count）。且在初始化时进行判断，当起始地址或者数据域个数发生变化，重新进行初始化。

（2）标志域：标志域半字的个数 = 数据域半字个数除以16。每个标志域半字管理着16个数据半字。标志域半字里面的每一个bit，对应着数据的一个半字。比如标志域第一个半字为0x0001，代表着数据域的第一个半字已经被写过了。此时如果需要存储数据，应存储到数据域的第二个半字，且在存储完成后将标志域的第一个半字左移1位并+1，令其变为：0x0003。下一次，则应在数据域第三个半字进行存储数据，且存储完成后标志域变为：0x0007。

        这么做的目的，是平衡利用标志域的每一个bit，使它们擦写次数一致。

（3）数据域：存储着我们想要掉电保存的数据。这个区域占用空间很大，每存储一次数据变换一次地址，直到整个数据域都被存储了一遍。

（4）标志域与数据域对应关系：第一个标志域半字对应着前16个数据域半字，第二个对应着接下来的16个。以此类推。

        如起始地址为：0x08001000，那标志域的第一个半字地址为：0x08001006与0x08001007这两个字节（stm32读写半字）

        这个地址的数据假设为0x0001，即：0000 0000 0000 0001，这里的bit0为1，对应着数据域第一个半字地址，且为1则

        表示上次数据存储在第一个半字，bit1为0对应着数据域的第二个半字地址。以此类推bit15就对应着数据域第16个数据域

        半字。第二个标志域半字，它的bit0就对应着数据域的第17个半字，bit1对应第18个。。。。。。

（5）假设从0x08018000这个地址开始，Count数量为16进行存储。存储了4次，第一次数据是0x1111，第二次是0x2222第三次0x3333，第四次0x4444，那么在Flash这些数据分布将如下：

        

四、程序流程

（1）初始化：

        1、读取Flash上的Addr与Count，与当前输入的Addr与Count对比，不一致则进行初始化。

        2、如果需要初始化，则将标志域所有半字清零，且将当前Addr与Count写进初始化标志域。

（2）写数据：

        1、遍历标志域，判断是否存在不为0xffff的地址

        2、若是标志域所有地址都为0xffff，则清零标志域，数据存储在数据域第一个半字地址

        3、若是有标志域地址不为0xffff，则遍历出为0的最低位，然后将数据存储在对应的数据域半字地址。

（3）读数据

        过程与写数据类似，目的在于读取出数据域中最晚存储的数据。

五、代码

/*****************************读写内部Flash部分代码***************************/

#include  "bsp_stm32flash.h"
 
//代码转自原子stm32战舰开发板
//读半字
u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr)
{
return *(vu16*)faddr;
}
 
//写16位数据，不校验
void STMFLASH_Write_NoCheck(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)
{
	u16 i;
	
	 for(i=0;i<NumToWrite;i++)
	{
	  FLASH_ProgramHalfWord(WriteAddr,pBuffer[i]);
	  WriteAddr+=2;//地址增加 2.
  }
}
 
#define STM_SECTOR_SIZE 1024 //字节
 
u16 STMFLASH_BUF[STM_SECTOR_SIZE/2];//最多是2K字节
 
 
//1， 该地址必须是用户代码区以外的地址。
//2， 该地址必须是 2 的倍数。
void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)	
{
	u32 secpos;	   //扇区地址
	u16 secoff;	   //扇区内偏移地址(16位字计算)
	u16 secremain; //扇区内剩余地址(16位字计算)	   
 	u16 i;    
	u32 offaddr;   //去掉0X08000000后的地址
	if(WriteAddr<STM32_FLASH_BASE||(WriteAddr>=(STM32_FLASH_BASE+1024*STM32_FLASH_SIZE)))return;//非法地址
	FLASH_Unlock();						//解锁
	offaddr=WriteAddr-STM32_FLASH_BASE;		//实际偏移地址.
	secpos=offaddr/STM_SECTOR_SIZE;			//扇区地址  0~127 for STM32F103RBT6
	secoff=(offaddr%STM_SECTOR_SIZE)/2;		//在扇区内的偏移(2个字节为基本单位.)
	secremain=STM_SECTOR_SIZE/2-secoff;		//扇区剩余空间大小   
	if(NumToWrite<=secremain)secremain=NumToWrite;//不大于该扇区范围
	while(1) 
	{	
		STMFLASH_Read(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE,STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2);//读出整个扇区的内容
		for(i=0;i<secremain;i++)//校验数据
		{
			if(STMFLASH_BUF[secoff+i]!=0XFFFF)break;//需要擦除  	  
		}
		if(i<secremain)//需要擦除
		{
			FLASH_ErasePage(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE);//擦除这个扇区
			for(i=0;i<secremain;i++)//复制
			{
				STMFLASH_BUF[i+secoff]=pBuffer[i];	  
			}
			STMFLASH_Write_NoCheck(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE,STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2);//写入整个扇区  
		}else STMFLASH_Write_NoCheck(WriteAddr,pBuffer,secremain);//写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间. 				   
		if(NumToWrite==secremain)break;//写入结束了
		else//写入未结束
		{
			secpos++;				//扇区地址增1
			secoff=0;				//偏移位置为0 	 
		   	pBuffer+=secremain;  	//指针偏移
			WriteAddr+=secremain;	//写地址偏移	   
		   	NumToWrite-=secremain;	//字节(16位)数递减
			if(NumToWrite>(STM_SECTOR_SIZE/2))secremain=STM_SECTOR_SIZE/2;//下一个扇区还是写不完
			else secremain=NumToWrite;//下一个扇区可以写完了
		}	 
	};	
	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
//NumToWrite:半字(16位)数
void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToRead)   	
{
	u16 i;
	for(i=0;i<NumToRead;i++)
	{
		pBuffer[i]=STMFLASH_ReadHalfWord(ReadAddr);//读取2个字节.
		ReadAddr+=2;//偏移2个字节.	
	}
}

/*******************头文件******************/

#ifndef __bsp_stm32flash_H
#define __bsp_stm32flash_H
 
#include "stm32f10x.h"
 
 
#define STM32_FLASH_SIZE 256 	 		//所选STM32的FLASH容量大小(单位为K)
 
 
//FLASH起始地址
#define STM32_FLASH_BASE 0x08000000 	//STM32 FLASH的起始地址
 
u16 STMFLASH_ReadHalfWord(u32 faddr);		  //读出半字  
void STMFLASH_WriteLenByte(u32 WriteAddr,u32 DataToWrite,u16 Len);	//指定地址开始写入指定长度的数据
u32 STMFLASH_ReadLenByte(u32 ReadAddr,u16 Len);						//指定地址开始读取指定长度数据
void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite);		//从指定地址开始写入指定长度的数据
void STMFLASH_Read(u32 ReadAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToRead);   		//从指定地址开始读出指定长度的数据
 
 
 
 
#endif

/*************************平衡方案代码*********************/

//Flash管理
typedef struct   
{
   u32 Addr;    //数据存储起始地址，注意不要超过Flash的最大范围
	 u16 Count;   //数据域的半字数，应为16的倍数
}Flash_Man;
 
Flash_Man  F_S;
 
//Addr： 数据存储起始地址，注意不要超过Flash的最大范围
//Count：数据域的半字数，应为16的倍数
//返回值：0 初始化成功      1 初始化失败
u8 Flash_Init(u32 Addr,u16 Count)
{
	  u16 i;
	  u16 temp[3] = {0,0,0};
    u32 addr_temp = 0;
		
	  F_S.Count = Count;
	  F_S.Addr  = Addr;
	
		
		/*******读取初始化标志块数据并比较，判断是否已初始化*******/
	  STMFLASH_Read(Addr,temp,3);
		addr_temp = (temp[0]<<16) + temp[1];
		
	  if(temp[2] == Count && addr_temp == Addr)  
		{
			  return 1;   
		}
	  if( (Count%16) != 0 || Count == 0) return 2;    //排除错误的Count值
	
		
		/*********************标志域清0***********************/
		temp[0] = 0;
    for(i=0;i<F_S.Count/16;i++)                    
		{
				STMFLASH_Write(F_S.Addr+6+i*2,temp,1);  
		}
		
		/*************将Addr与Count写入初始化标志块****************/
		temp[0] = Addr>>16;
		temp[1] = Addr&0x0000ffff;
		temp[2] = Count;
		STMFLASH_Write(F_S.Addr,temp,3); 
		
	  return 0;
}
 
 
 
void STM32Write(u16 pdat)
{
	  u16 temp = 0;
	  u16 i,j;
    u16 buff;
	  u32 Add_Flag=F_S.Addr+6,DataAddr;      
	  	
	  
		for(i=0;i<F_S.Count/16;i++)                     //遍历空闲的标志位
		{
			  STMFLASH_Read(Add_Flag+i*2,&buff,1);        //读取标志域数据到缓冲区
		    if(buff!=0xffff) break;                     //判断是否存在未被写入的数据块
		}
	
		if(i==F_S.Count/16)        //遍历完不能找到空闲的标志位
		{
		    for(i=0;i<F_S.Count/16;i++)                     
				{
						STMFLASH_Write(Add_Flag+i*2,&temp,1);        //标志域清0
				}    
			
			  temp = 1;
			  STMFLASH_Write(Add_Flag,&temp,1);                //标志域第一个地址块第一个位设为已写状态		 
			  STMFLASH_Write(Add_Flag+F_S.Count/16*2,&pdat,1); //在数据域第一个地址块写入数据
		}
		else                       //遍历完找到空闲的标志位
		{
			  temp = (buff<<1) + 1;  //标志位进位
			
			  for(j=0;j<16;j++)      //找到空闲标志位的空闲bit
			 {
			     if(buff&0x0001) buff>>=1;
				   else               break;
			 }
			 
		    DataAddr = Add_Flag + F_S.Count/16*2 + i*16*2 + j*2;    //计算数据应被写入的地址			  			
			  STMFLASH_Write(Add_Flag+i*2,&temp,1);  //写入标志位
			  STMFLASH_Write(DataAddr,&pdat,1);      //写入数据
		}
 
}
 
u16 STM32Read(void)
{
	  u16 temp = 0;
	  u16 i,j;
    u16 buff;
	  u32 Add_Flag=F_S.Addr+6,DataAddr;      
	  	
	  
		for(i=0;i<F_S.Count/16;i++)                     //遍历空闲的标志位
		{
			  STMFLASH_Read(Add_Flag+i*2,&buff,1);        //读取标志域数据到缓冲区
		    if(buff!=0xffff) break;                     //判断是否存在未被写入的数据块
		}
	
		if(i==F_S.Count/16)    //遍历完不能找到空闲的标志位
		{
		    STMFLASH_Read(Add_Flag + F_S.Count/8 + F_S.Count*2 - 2,&temp,1);
		}
		else                   //遍历完找到空闲的标志位
		{			
			  for(j=0;j<16;j++)  //找到空闲标志位的空闲bit
			 {
			     if(buff&0x0001) buff>>=1;
				   else               break;
			 }
			 
		   DataAddr = Add_Flag + F_S.Count/8 + i*16*2 + j*2 -2;    //计算数据应被读取的地址			  			
			 STMFLASH_Read(DataAddr,&temp,1);      //读取数据
		}
		
		return temp;
}

初始化：

执行完毕：

六、补充

       1、代码并没有实现所有功能，例如数据校验。当某个地址擦写失效，应该跳过并将数据存储在下一地址。这里只是简单的实现了动态的平衡存储。一个bit管理2个字节的数据，所以效率约为 16/17 = 94%，这里忽略了初始化标志域的空间。

        2、STM32F1  NOR Flash的擦写是支持page擦除的，如果将数据存储在某个page，然后page还有其他的数据。那么擦除 的时候是会将其他数据也擦除的。虽然程序有缓存page数据功能不会丢失数据，但建议单独用一个page进行数据的存储。且其他系列，如F2系列只支持sector擦除，F2 Flash的后面几个sector容量高达128KB，不利于我们进行数据管理。这种情况应用其他方案。如前面一个sector（16KB）存储数据，程序存在后面的sector。这里涉及IAP，不祥述。       

        3、还有其他的功能，比如说同时存储或读取多个数据，并没有延伸。有需要的可以自己研究研究