FMC 片内Flsh

【红枫派开发板】第五讲 FMC-片内Flash擦写读实验

发布于 2024-03-25 09:43:20

5.1 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；

5.2 实验原理

5.2.1 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GD32F303系列MCU中，Flash前256K字节空间内， CPU执行指令零等待，具有相同主频下最快的代码执行效率。FMC也提供了页擦除，整片擦除，以及32位整字/16位半字/位编程等闪存操作。GD32F303系列MCU支持最大3M Flash空间，可以提供业内最大Flash的相关产品。

GD32F303系列MCU的Flash结构如下图所示。由该图可知，GD32F303系列MCU可以支持最大3M的Flash空间，前256页为2KB每页，共512KB空间，后面的空间为4KB每页，信息块为存储内部出厂BOOTLOADER，中容量的GD32F303系列产品空间为2KB，大容量的GD32F303系列产品空间为6KB，互联型的GD32F305/307系列产品空间为18KB，主要是由于不同的产品所支持的ISP烧录接口不同，所需要的代码空间也会有差别。可选字节块存储的是选项字节，其空间大小为16个字节，地址范围为0x1FFFF800-0x1FFFF80F，本章主要讲解FMC的操作，有关选项字节操作可以参考选项字节操作实验。

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。

5.2.2 Flash擦除操作原理

Flash擦除可分为页擦除以及整片擦除，如下图所示，页擦除时间典型值为48ms，256KB Flash的块擦除时间典型值为2S。

有关Flash的相关操作均在gd32f30x_fmc.c中实现，下面介绍下擦除实现的函数，如下表所示。

5.2.3 Flash写入编程操作原理

GD32F303系列MCU可支持32位整字编程/16位板字以及位编程，如下图所示，Flash 32位整字编程时间典型值为47.5us。

有关Flash编程实现函数如下表所示。

• 注意：fmc_word_reprogram可以在不用擦除的情况下直接进行位编程，但仅可实现将1编程为0，比如若调用以上fmc_word_reprogram(0x08001000,0xFE)语句，即实现将最低位编程为0，若0x08001000原始数据为0x81，则执行完后改地址数据为0x80。

5.2.4 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。

C
uint32_t read_data;
read_data = *(uint32_t *)0x08001000;

• 注意：有关Flash有以下参数读者需要了解，GD32F303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。

5.3 硬件设计

本例程不涉及硬件电路。

5.4 代码解析

5.4.1 Flash写入16bit双字节函数

Flash写入双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。另外GD32F303具有双bank，且不同bank的页大小具有差异，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_16b(uint32_t write_start_addr, uint16_t *data_buf, uint16_t data_lengh)
{
uint32_t write_addr,erase_addr;
uint16_t data_write_num=0;
int16_t data_earse_num;
/* 解锁FMC */
fmc_unlock();
/* 清除BANK0和BANK1的错误标志 */
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_BANK0_PGERR|FMC_FLAG_BANK0_WPERR|FMC_FLAG_BANK0_END);
fmc_flag_clear(FMC_FLAG_BANK1_PGERR|FMC_FLAG_BANK1_WPERR|FMC_FLAG_BANK1_END);

erase_addr = write_start_addr;
data_earse_num = data_lengh;
/* 若写入起始地址加上总长*2小于0x08080000，说明需要擦写的数据均在BANK0，页大小为2K/页 */
if((write_start_addr+data_lengh*2)<0x08080000)
{
/* 若写入地址为页起始地址 */
if(write_start_addr%2048 == 0)
{
for(;data_earse_num>0;)
{
fmc_page_erase(erase_addr);
erase_addr+=2048;
data_earse_num-=1024;
}
/*若写入地址不是页起始地址*/
}else{
for(;(data_earse_num>0||erase_addr>=write_start_addr+data_lengh*2);)
{
fmc_page_erase(erase_addr);
erase_addr+=2048;
data_earse_num-=1024;
}
}
/* 若写入地址加上写入长度*2大于0x08080000，说明擦写的数据可能跨BANK或者均在BANK1，页大小有差别 */
}else{
/* 如果起始地址小于0x08080000，说明跨BANK */
if(write_start_addr<0x08080000)
{
/* 首先擦除BANK0部分所需页 */
for(;erase_addr<0x08080000;)
{
fmc_page_erase(erase_addr);
erase_addr+=2048;
}
/* 然后擦除BANK1部分所需页 */
erase_addr = 0x08080000;
for(;erase_addr<=write_start_addr+data_lengh*2;)
{
fmc_page_erase(erase_addr);
erase_addr+=4096;
}
}else{
/*若写入地址大于等于0x08080000,说明均在BANK1，页大小为4K/页*/
if(write_start_addr%4096 == 0) /* 若写入地址为页起始地址 */
{
for(;data_earse_num>0;)
{
fmc_page_erase(erase_addr);
erase_addr+=4096;
data_earse_num-=2048;
}
}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*2);)
{
fmc_page_erase(erase_addr);
erase_addr+=4096;
data_earse_num-=2048;
}
}
}
}

/* 写入数据 */
write_addr = write_start_addr;
for(data_write_num = 0; data_write_num<data_lengh;data_write_num++)
{
fmc_halfword_program(write_addr, data_buf[data_write_num]);
write_addr += 2;
}
fmc_lock();
}

5.4.2 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，读取双字节数据。

C
uint16_t fmc_read_data_16b(uint32_t write_read_addr)
{
return *(uint16_t *)write_read_addr;
}

5.4.3 主函数

主函数如下所示，通过该函数实现对flash起始地址为0x08001000的前20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;
bsp_led_group_init();
fmc_write_data_16b(WRITE_START_ADDR,write_data,10);
for(read_num=0;read_num<10;read_num++)
{
read_data[read_num] = fmc_read_data_16b(WRITE_START_ADDR+read_num*2);
}
for(i_num=0;i_num<10;i_num++)
{
if(read_data[i_num]!=write_data[i_num])
{
bsp_led_on(&LED0);
}else{
bsp_led_on(&LED1);
}
}