【海棠派开发板】第四讲 FMC-片内Flash擦写读实验

4.1 实验内容

通过本实验主要学习以下内容：

• FMC控制器原理；

• FMC擦写读操作；

4.2 实验原理

4.2.1 FMC控制器原理

FMC即Flash控制器，其提供了片上Flash操作所需要的所有功能，在GD32H7XX系列MCU中，具有高达3840KB字节的片上闪存可用于存储指令或数据。FMC也提供了扇区擦除和整片擦除操作以及编程操作。

Flash读取可以支持64字节双字、32位整字、16位半字或字节读操作；Flash编程可以支持64位双字、32位整字编程；Flash擦除支持扇区擦除和整片擦除操作。

Flash具有仅执行的专用代码读保护区域，便于芯片代码保护以及二次合作开发。

FMC框图如下所示，FMC 支持用以访问代码或数据的 64 位 AXI 接口以及用以访问寄存器的 32 位 AHB 从机接口。

闪存包括3840KB字节主闪存，分为960个扇区，扇区大小为4KB，和64KB用于引导加载程序的信息块。主存储闪存的每个扇区都可以单独擦除 。

有关Flash擦写操作均需要先解锁Flash，然后进行擦写操作，擦写完成后再进行锁Flash，注意Flash特性只能由1写0，也就是Flash需要先擦除才能写入新的数据，如果确保写入地址的数据为全0xFF，也可以直接写入。读取Flash数据可以采取直接寻址的方式进行读取。

下面为各位读者介绍Flash擦写读的相关操作。

4.2.2 Flash擦除操作原理

Flash擦除可分为块擦除以及整片擦除，如下图所示，扇区擦除时间典型值为100ms，整片擦除也根据容量大小会有差异。

有关Flash的相关操作均在gd32h7xx_fmc.c中实现，下面介绍下擦除实现的函数，如下表所示。

4.2.3 Flash写入编程操作原理

GD32H7系列MCU可支持64位双字/32位整字编程，如下图所示，Flash 32位整字编程时间典型值为1us。

有关Flash编程实现函数如下表所示。

4.2.4 Flash读取操作原理

Flash读取可以采用直接寻址的方式进行操作，具体可参考以下示例代码。

注意：有关Flash有以下参数读者需要了解，GD32H7xx系列MCU的内部Flash具有至少10万次的擦写次数以及20年的数据保持能力，但需注意，随着擦写次数的增加数据保持时间会下降。

4.3 硬件设计

本例程不涉及硬件电路。

4.4 代码解析

4.4.1 Flash写入多字节函数

Flash写入多字节操作函数如下所示，写入的过程主要分为擦写两个操作，由于Flash特有特性，需要先擦除才可以写入，因而需要确保写入地址的初识数据为0xFF。本函数可以实现根据地址识别对应页并进行擦除的功能，使用上非常方便，使用者只需要关心擦写的起始地址以及数据和长度即可，擦写的位置函数中会进行实现。

C
void fmc_write_data(uint32_t write_start_addr, uint8_t *data_buf, uint16_t data_lengh)
{
uint32_t write_addr,erase_addr;
uint16_t data_write_num=0,data_lengh_word=data_lengh/4;
int32_t data_earse_num;
uint32_t* pbuff=(uint32_t*)data_buf;

if(data_lengh%4 !=0)
{
data_lengh_word++;
}

fmc_unlock();                                                                                                        /* 解锁FMC */
/* 清除错误标志 */
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_WPERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_PGSERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_RPERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_RSERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_ECCCOR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_ECCDET);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_OBMERR);

erase_addr = write_start_addr;
data_earse_num = data_lengh;

if(write_start_addr%FLAG_PAGE_SIZE == 0)  /* 若写入地址为页起始地址 */
{
for(;data_earse_num>0;)
{
fmc_sector_erase(erase_addr);
/* 清除错误标志 */
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_WPERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_PGSERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_RPERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_RSERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_ECCCOR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_ECCDET);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_OBMERR);
erase_addr+=FLAG_PAGE_SIZE;
data_earse_num-=FLAG_PAGE_SIZE;
}
}else{
/*若写入地址不是页起始地址*/
for(;(data_earse_num>0||erase_addr>=write_start_addr+data_lengh);)
{
fmc_sector_erase(erase_addr);
/* 清除错误标志 */
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_WPERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_PGSERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_RPERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_RSERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_ECCCOR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_ECCDET);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_OBMERR);
erase_addr+=FLAG_PAGE_SIZE;
data_earse_num-=FLAG_PAGE_SIZE;
}
}

/* 写入数据 */
write_addr = write_start_addr;

for(data_write_num = 0; data_write_num<data_lengh_word;data_write_num++)
{
fmc_word_program(write_addr, pbuff[data_write_num]);
/* 清除错误标志 */
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_WPERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_PGSERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_RPERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_RSERR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_ECCCOR);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_ECCDET);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_OBMERR);

write_addr+=4;
}
fmc_lock();
}

4.4.2 Flash读取数据函数

Flash读取数据函数如下所示，采用直接寻址的方式，读取字节数据。

C
uint8_t fmc_read_data(uint32_t write_read_addr)
{
return *(uint8_t *)write_read_addr;
}

4.4.3 主函数

主函数如下所示，通过该函数实现对flash起始地址为0x080A0000的前10个字节擦写以及读取的验证。

C
int main(void)
{
uint16_t read_num =0;
uint8_t i_num;
driver_init();
bsp_led_group_init();
bsp_uart_init(&BOARD_UART);                                                                   /* 板载UART初始化 */
printf_log("Example of internal Flash read-write demo.\r\n");
printf_log("Write data to internal Flash.\r\n");
fmc_write_data(WRITE_START_ADDR,write_data,sizeof(write_data));    /* 向WRITE_START_ADDR地址写入10个双字节数据 */
printf_log("Read data from internal Flash.\r\n");
for(read_num=0;read_num<sizeof(write_data);read_num++)
{
read_data[read_num] = fmc_read_data(WRITE_START_ADDR+read_num); /* 从WRITE_START_ADDR读取10个双字节数据 */
}
printf_log("Verify the written and read data.\r\n");
for(i_num=0;i_num<sizeof(write_data);i_num++)
{
/* 校验数据 */
if(read_data[i_num]!=write_data[i_num])
{
/* 校验数据出错 */
printf_log("Error in verifying data.\r\n");
printf_log("Turn on LED1.\r\n");
bsp_led_on(&LED1);
while(1);
}else{
}
}
/* 校验数据成功 */
printf_log("Turn on LED1.\r\n");
bsp_led_on(&LED1);
printf_log("Verify that the data is correct and that the written and read data are consistent.\r\n");

while (1)
{
}
}

4.5 实验结果

将本实验烧录到海棠派实验板中，运行后可以观察到LED1常亮，表明擦写以及读取实验正常。