📚 课程目录第2章 Flash存储器详解

2. Flash存储器详解：NOR Flash与NAND Flash的区别，STM32内部Flash的组织结构

说到单片机里的存储器，Flash绝对是绕不开的主角。我刚开始做嵌入式那会儿，总觉得Flash就是个存代码的地方，能读能写就行。直到有一次项目量产时发现程序跑飞，查了三天才发现是Flash擦写时序没处理好。嗯，从那以后我再也不敢小看它了。

这一节，咱们就把Flash掰开揉碎了讲。重点看三个东西：NOR和NAND到底差在哪、STM32内部Flash长什么样、以及怎么用代码去操作它。

2.1 NOR Flash vs NAND Flash：核心差异

很多人一上来就问：NOR和NAND，选哪个？我的回答是：先搞清楚你要干什么。

对比项	NOR Flash	NAND Flash
读取方式	随机读取，类似RAM，可寻址到字节	页读取，必须按块/页操作
写入方式	按字节/字写入，但擦除必须按扇区	按页写入，擦除按块
擦除粒度	扇区（通常64KB~256KB）	块（通常128KB~512KB）
读取速度	快（几十ns级）	较慢（μs级，需先加载到页缓存）
写入速度	慢（μs级/字节）	快（几百μs/页）
擦除速度	慢（几百ms/扇区）	快（几ms/块）
坏块管理	无坏块问题	出厂就有坏块，需要ECC和坏块表
典型用途	代码就地执行（XIP）、小容量存储	大容量数据存储、文件系统

核心结论：NOR适合存代码，因为CPU可以直接在上面跑程序（XIP）。NAND适合存数据，容量大、成本低，但操作复杂。STM32内部集成的就是NOR Flash。

我个人习惯：如果只是存固件，用NOR；如果要存日志、图片、音频，用NAND。你想想看，NAND的坏块管理要是没做好，存到坏块上的数据就全丢了——我在一个数据记录仪项目里就吃过这个亏。

2.2 STM32内部Flash的组织结构

STM32的Flash属于NOR类型，但它的内部结构比单纯的NOR要复杂一些。以STM32F4系列为例，它的Flash分为两大块：主存储块和信息块。

2.3 主存储块与信息块详解

主存储块就是咱们存代码和常量数据的地方。它被划分成多个扇区（Sector），每个扇区大小可能不一样。以STM32F407为例，前4个扇区是16KB，第4个是64KB，后面全是128KB。为什么要这么设计？说白了，就是为了灵活存放Bootloader和应用程序。

信息块包含三个部分：

系统存储器：出厂固化的Bootloader，用于串口下载等。这个区域用户不能擦写。
OTP区域：一次性编程区，只能写一次。我曾在产品里用它存设备序列号，挺方便。
选项字节：配置读保护、写保护、看门狗等。改这个要小心，搞不好芯片就锁死了。

我曾经犯过的错：有一次想修改选项字节来关闭读保护，结果写错了配置值，芯片直接锁死。最后只能用串口ISP擦除全片才救回来。所以操作选项字节前，一定要先读出来、备份、再修改。

2.4 Flash的读/写/擦除时序与驱动代码实战

操作STM32内部Flash，说白了就三步：解锁、操作、加锁。但每一步都有坑。

2.4.1 读取操作

读取最简单，直接指针访问就行。因为NOR Flash支持随机读取，CPU可以直接寻址。

// 从Flash地址0x08010000读取32位数据
uint32_t data = *(volatile uint32_t*)0x08010000;

但要注意：如果读到了擦除后的区域（全0xFF），那返回的就是0xFFFFFFFF。这在做固件升级校验时经常用到。

2.4.2 写入操作（编程）

写入前必须确保目标扇区已被擦除。STM32的Flash写入是按字（32位）或半字（16位）进行的。写入时序如下：

检查BSY位，确保Flash空闲
解锁Flash控制寄存器（写KEY1和KEY2）
设置编程模式（PG位=1）
写入目标地址和数据
等待BSY位清零
检查编程错误
加锁Flash

void Flash_WriteWord(uint32_t addr, uint32_t data) {
    // 1. 解锁Flash
    while(FLASH->SR & FLASH_SR_BSY);  // 等待空闲
    FLASH->KEYR = 0x45670123;         // KEY1
    FLASH->KEYR = 0xCDEF89AB;         // KEY2

    // 2. 设置编程模式
    FLASH->CR |= FLASH_CR_PG;

    // 3. 写入数据
    *(volatile uint32_t*)addr = data;

    // 4. 等待完成
    while(FLASH->SR & FLASH_SR_BSY);

    // 5. 检查错误
    if(FLASH->SR & FLASH_SR_PGERR) {
        // 处理编程错误
    }

    // 6. 加锁
    FLASH->CR |= FLASH_CR_LOCK;
}

我的经验：写入时如果地址没对齐到4字节，会触发硬件错误。所以写入前最好检查一下地址是否4字节对齐。另外，写入过程中千万不要断电，否则数据就废了。

2.4.3 擦除操作

擦除是Flash操作里最耗时的。STM32支持扇区擦除和批量擦除。扇区擦除时序：

检查BSY位
解锁Flash
设置扇区擦除模式（SER位=1），选择扇区号
启动擦除（STRT位=1）
等待BSY位清零
检查擦除错误
加锁

void Flash_EraseSector(uint8_t sectorNum) {
    while(FLASH->SR & FLASH_SR_BSY);

    FLASH->KEYR = 0x45670123;
    FLASH->KEYR = 0xCDEF89AB;

    // 设置扇区擦除
    FLASH->CR |= FLASH_CR_SER;
    FLASH->CR &= ~FLASH_CR_SNB_Msk;          // 清扇区号
    FLASH->CR |= (sectorNum << FLASH_CR_SNB_Pos);

    FLASH->CR |= FLASH_CR_STRT;               // 启动擦除

    while(FLASH->SR & FLASH_SR_BSY);

    if(FLASH->SR & FLASH_SR_EOP) {
        FLASH->SR = FLASH_SR_EOP;             // 清除完成标志
    }

    FLASH->CR |= FLASH_CR_LOCK;
}

注意：擦除一个128KB的扇区，大约需要几百毫秒。这段时间内如果发生中断，要确保中断服务程序不访问Flash，否则会卡死。我一般会在擦除前关全局中断，擦完再开。

2.5 实战中的避坑指南

不要在Flash操作中执行中断：中断向量表也在Flash里，操作期间发生中断会导致死机。要么关中断，要么把中断向量表搬到RAM。
写之前一定要擦：Flash只能从1写成0，不能从0写成1。所以写之前必须擦除（全变成1）。
注意扇区大小：不同型号的STM32，扇区大小不一样。F1系列是2KB一页，F4系列是16KB/128KB不等。写代码时最好用宏定义，别写死。
备份关键数据：如果擦除的扇区里存了重要参数，先读到RAM里，擦完再写回去。