Flash存储、外设操作与系统架构

课程目标与知识体系课程目的掌握STM32内部Flash读写操作熟悉STM32存储器映射了解malloc动态内存分配理解STM32启动流程与地址空间知识点体系STM32系统架构├──外设操作GPIO/USART/DMA├──存储器系统│ ├──存储器分类│ ├──存储器映射│ └── Flash操作├──启动流程│ ├── BOOT配置│ ├──地址映射│ └──启动文件分析└──高级应用├── Unique ID├──配置区设计└── IAP升级复习GPIO中断配置要点配置EXTI线配置NVIC优先级编写中断服务函数重点预览1.存储器系统RAM、ROM、Flash、EEPROM区别STM32存储器映射Block0/1/2详解2.启动流程BOOT引脚配置地址0x0000 0000映射启动文件分析.map文件解读3.Flash操作Flash读写流程标准库函数寄存器操作4.高级应用Unique ID读取配置区设计IAP在线升级存储器基础存储器分类不多赘述了RAM -随机存取存储器可以随时读写刷新时除外速度快作为临时数据存储断电丢失数据STM32中用于全局变量、局部变量、堆栈ROM -只读存储器Read-Only Memory正常工作状态下只能读取不能即时修改或重新写入断电不丢失数据最大优点非易失性EEPROM -电可擦除可编程只读存储器断电后保存数据以字节为单位擦除和编程可精确擦除任意单个字节适用于配置参数、数据日志Flash -闪存块擦写型存储器结合ROM和RAM的长处不会断电丢失数据快速读取数据适用于大容量存储、高速擦除编程Flash存储原理为什么需要先擦除后写入1.Flash只能从1写成0擦除所有位变为10xFF编程将1变为02.不能直接从0变为1必须先擦除整个扇区/页然后重新写入数据页/扇区大小规则小容量/中容量≤128KB1KB/页大容量128KB2KB/页擦写次数限制典型值10,000次擦写循环注意频繁擦写会降低Flash寿命建议使用磨损均衡算法Flash地址范围起始地址0x0800 0000结束地址0x0800 0000 Flash容量- 1STM32存储器映射存储器映射概念STM32寻址能力寻址大小2³² 4GB字节寻址范围0x0000 0000 ~ 0xFFFF FFFF存储器映射定义存储器映射将存储器分配地址的过程存储器本身没有地址信息通过映射赋予存储器地址程序通过地址访问存储器简单来说存储器映射就是给存储器比如Flash、RAM、寄存器分配唯一地址的过程让CPU能够通过地址来访问它们。存储器本身没有地址存储器芯片就像一个大仓库只负责存储数据它自身没有任何地址的概念。CPU通过地址访问CPU访问数据时需要知道数据的具体位置就像快递员送货需要一个具体的门牌号。因此必须给存储器里的每个存储单元分配一个唯一的地址这个过程就是“映射”。完成映射后CPU就能通过地址找到对应的存储单元统一编址程序存储器、数据存储器、寄存器和外设被组织在同一个4GB的线性地址空间内。8个Block划分ST将4GB地址空间划分成8个Block每个Block 512MBBlock0详解- Flash区域Block0地址范围0x0000 0000 - 0x1FFF FFFF主要区域划分1.主Flash存储器程序存储区地址0x0800 0000 - 0x080X XXXX用途存储用户程序代码和常量数据大小根据芯片型号不同64KB-1MB特点可读可写需解锁2.系统存储器Bootloader地址0x1FFF F000 - 0x1FFF F7FF大小2KB用途ST出厂固化的BootloaderNo.14/124功能支持串口ISP下载特点只读用户无法修改3.选项字节地址0x1FFF F800 - 0x1FFF F80F大小16字节用途配置读写保护、BOOT模式等重要寄存器RDP读保护USER用户选项字节WRP写保护4.器件信息区Flash容量寄存器0x1FFF F7E0Unique ID0x1FFF F7E896位STM32芯片内部Block0这块区域主要分了四个功能区主Flash (0x0800 0000 起)放你写的程序的地方。就像电脑的硬盘。系统存储器 (0x1FFF F000)出厂自带的“一键恢复”系统。没了它你就没法用串口下载程序。选项字节 (0x1FFF F800)芯片的“安全开关”。用来设置是否允许读出程序防盗版。器件信息区 (0x1FFF F7E0)芯片的“身份证”。存着芯片的容量和唯一ID序列号。Block1详解- SRAM区域Block1地址范围0x2000 0000 - 0x3FFF FFFFSRAM起始地址0x2000 0000SRAM功能划分堆栈分配栈(Stack)从高地址向低地址增长存储局部变量函数调用现场保护中断现场保护堆(Heap)从低地址向高地址增长malloc/free动态分配需要手动管理0x2000 0000 ┌─────────────────┐│ .data段│ ←已初始化全局变量从flash仓库里拷贝过来的│ (RW-data) │├─────────────────┤│ .bss段│ ← 未初始化全局变量存放没有初始值或被初始化为0的全局变量和静态变量。启动代码会负责将它们初始化为0。│ (ZI-data) │├─────────────────┤│堆(Heap) │ ← malloc动态分配用于动态内存分配如malloc、free。它从低地址向高地址增长需要程序员手动管理使用不当可能导致内存泄漏。│ ↓ ││ ││ ↑ ││栈(Stack) │ ← 局部变量、函数调用用于存储局部变量、函数调用和中断现场的返回地址。它从高地址向低地址反向增长由编译器自动管理使用不当如递归过深会导致栈溢出0x2000 XXXX └─────────────────┘SRAM大小地址范围F103C6/C820KB0x2000 0000 - 0x2000 4FFFF103RB/RC20KB/48KB0x2000 0000 - 0x2000 BFFFF103VE64KB0x2000 0000 - 0x2000 FFFFF103ZG96KB0x2000 0000 - 0x2001 7FFFSRAM容量STM32F1系列Block2详解-外设区域Block2地址范围0x4000 0000 - 0x5FFF FFFFBlock2就是芯片的“遥控器面板”。它不是用来存数据的它里面没有程序或变量全是开关和按钮寄存器。每个按钮都有固定位置比如“控制GPIOB端口的开关”地址是0x4001 0C00“控制串口1的开关”在另一个地址。按按钮就是写代码你的程序往这些地址写“1”或“0”就等于按下或松开按钮从而控制LED亮灭、读取按键、发送数据。核心划分主要按总线来划分不同的总线连接着不同速度的外设。APB1 总线连接低速外设时钟最高36MHz。你笔记里列出的定时器TIM2-TIM7、USART2/3/4/5、I2C1/2、CAN、USB等都挂载在这条总线上。APB2 总线通常连接高速外设如GPIO、USART1、ADC、TIM1/TIM8等时钟最高可达72MHz。AHB 总线连接更高速的内核总线设备比如SRAM、DMA等。外设总线划分APB1总线低速外设地址0x4000 0000 - 0x4000 77FF时钟最高36MHz外设TIM2-TIM7定时器USART2/3/4/5串口SPI2/3SPII2C1/2I2CCAN、USB等APB2总线高速外设地址0x4001 0000 - 0x4001 3FFF时钟最高72MHz外设No.17/124GPIOA-GPIOGGPIOUSART1串口1SPI1SPI1TIM1/8高级定时器ADC1/2/3ADCEXTI、AFIO等AHB总线高速外设地址0x4001 8000 - 0x5003 FFFF外设DMA1/2RCC时钟控制Flash接口CRC计算单元起名字环节地址映射- 0x0000 0000区域详解