Карта секторов и страниц флеш-памяти STM32

Как устроена флеш-память STM32

Основная память — это программа и константы; рядом с ней в отдельном информационном блоке лежат системная память с загрузчиком ST, однократно программируемая область OTP (не у всех) и байты конфигурации. Калькулятор показывает обе части, а таблицы ниже — их общий вид по семействам.

STM32F0 и STM32F1: страницы

По RM0008 (таблицы 4–8), RM0091 и RM0360 (таблицы 4 и 5). Пишут эти микроконтроллеры только полусловами — по 16 бит. В HAL у них нет номера страницы: в структуре стирания задают адрес первой страницы PageAddress и число страниц NbPages.

STM32F4 и STM32F7: секторы разного размера

По RM0090 (таблицы 5–9), RM0368 (таблица 5), RM0383 (таблица 4), RM0385 (таблицы 3, 4) и RM0410 (таблицы 3–6). Разрядность записи у F4 и F7 задаёт поле PSIZE, и она ограничена питанием: 32 бита при 2,7–3,6 В, 16 бит при 2,1–2,7 В, 8 бит ниже 2,1 В, 64 бита — только с внешним напряжением VPP (RM0090, таблица 13). В HAL это поле VoltageRange: FLASH_VOLTAGE_RANGE_3 для обычного питания 3,3 В. У STM32F42x на 1 МБ по умолчанию DB1M = 0 — один банк (RM0090, таблица 7). Заводское значение nDBANK у STM32F76x в прочитанных разделах RM0410 не указано, поэтому калькулятор открывает однобанковую раскладку с пометкой: проверьте регистр FLASH_OPTCR1 своего кристалла.

STM32G0, G4 и L4: страницы и два банка

По RM0444 (таблицы 9–12), RM0454 (таблицы 8, 9), RM0440 (таблицы 7, 8, 18, 28), RM0394 (таблица 8) и RM0351 (таблицы 8–10). У всех OTP — 1 КБ с 0x1FFF 7000. Байты конфигурации L47x занимают 40 байт в каждом банке по таблице 13 RM0351, хотя таблица 8 того же руководства пишет 16 байт. Заводские значения битов DBANK, DUALBANK и DUAL_BANK — «два банка» (RM0440, с. 111; RM0351, с. 112; RM0444, таблица 17), и калькулятор по умолчанию показывает именно эту раскладку. Пишут они только двойными словами — 64 бита данных и 8 бит кода коррекции ошибок; попытка записать байт или полуслово выставляет ошибку SIZERR. В HAL страницу задают номером внутри банка (Page) и банком (Banks).

STM32H743: два банка по 1 МБ

У STM32H742/H743/H753 два банка по 8 секторов 128 КБ: банк 1 с 0x0800 0000, банк 2 с 0x0810 0000, секторы в каждом нумеруются с 0 (RM0433, таблица 15). У исполнений на 1 МБ в каждом банке по 4 сектора, и банк 2 всё равно начинается с 0x0810 0000 — между банками остаётся промежуток. Записывают флеш-словами по 256 бит (32 байта) с адреса, кратного 32. Системная память — по 128 КБ в каждом банке с 0x1FF0 0000 и 0x1FF4 0000, а байты конфигурации доступны только через регистры. У STM32H750 один сектор 128 КБ.

Пример: STM32F407VG, загрузчик и приложение 300 КБ

У STM32F407VG 1 МБ флеш-памяти. Загрузчик на 32 КБ занимает секторы 0 и 1 (0x0800 0000–0x0800 7FFF), приложение собрано с адреса 0x0800 8000 и весит 300 КБ = 307 200 байт, то есть кончается на 0x0805 2FFF. Чтобы его обновить, нужно стереть секторы 2, 3, 4, 5 и 6 — это 16 + 16 + 64 + 128 + 128 = 352 КБ; в секторе 6 остаются свободными 52 КБ с 0x0805 3000. Загрузчик не пострадает, потому что приложение начинается точно на границе сектора 2.

FLASH_EraseInitTypeDef erase = {0};
uint32_t bad = 0;
HAL_FLASH_Unlock();
erase.TypeErase    = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;
erase.Sector       = FLASH_SECTOR_2;
erase.NbSectors    = 5U;
erase.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3; /* 2.7-3.6 V: x32 */
HAL_FLASHEx_Erase(&erase, &bad);
HAL_FLASH_Lock();

Из командной строки то же самое делает STM32_Programmer_CLI -c port=SWD -e [2 6]; в zsh на macOS диапазон в скобках не срабатывает (UM2237, с. 110), там запускайте команду из bash или пишите -e 2 3 4 5 6. Адрес 0x0800 8000 должен совпадать с ORIGIN области FLASH в скрипте компоновщика приложения и со смещением таблицы векторов, которое загрузчик записывает в VTOR перед переходом.

Ещё два примера, которые удобно проверить в калькуляторе. У STM32F103C8 (64 КБ, страницы по 1 КБ) адрес 0x0800 F800 — начало страницы 62; последняя страница, 63, начинается с 0x0800 FC00 — её часто отводят под настройки. У STM32G0B1RE (512 КБ) адрес 0x0804 0000 — страница 0 второго банка: в HAL это Banks = FLASH_BANK_2, Page = 0. Стирание у G0 всегда относится к физическому банку, даже если банки переставлены битом nSWAP_BANK (RM0444, раздел 3.3.2).

Типичные ошибки

Стёрт сектор загрузчика. Загрузчик на 8 КБ у STM32F4 всё равно занимает весь сектор 0 размером 16 КБ, и приложение нельзя класть на 0x0800 2000: стирание сектора 0 под приложение уничтожит загрузчик. Калькулятор предупреждает, если начало прошивки не совпадает с началом сектора или страницы.

Секторы STM32F4 считают одинаковыми. «Последний сектор под настройки» у STM32F407 — это 128 КБ, и его стирание длится секунды; маленькие секторы 1–3 по 16 КБ удобнее, если сдвинуть приложение. У STM32F7 первые секторы уже по 32 КБ, а в двухбанковом режиме размеры и номера меняются.

Не тот банк. У STM32F42x на 1 МБ с DB1M = 1 второй банк — это секторы 12–19, а не 8–11. У STM32L476 страница 256 — это в HAL страница 0 с FLASH_BANK_2. У STM32G474 на 256 КБ в двухбанковом режиме второй банк начинается с 0x0804 0000, а адреса 0x0802 0000–0x0803 FFFF пусты; у H743 на 1 МБ такая же дыра между 0x0808 0000 и 0x080F FFFF. Образ, который проходит через промежуток, записать одним куском нельзя.

Запись меньше единицы записи. STM32G0, G4 и L4 не запишут байт или полуслово; H7 копит данные до 32-байтного слова. Структуры, которые сохраняются во флеш-память, выравнивают и дополняют до 8 или 32 байт.

Карту адресов удобно сверить с файлом прошивки: калькулятор HEX-дампа показывает, какие адреса занимает образ в формате Intel HEX, а статья о форматах прошивки объясняет, чем HEX отличается от BIN. Такты ожидания флеш-памяти при высокой частоте считает калькулятор LATENCY, а запись из программы, байты конфигурации и защита RDP разобраны на странице о флеш-памяти и загрузчике STM32.