STM32学习笔记
适用平台：本文基于 STM32F103C8T6（中容量产品，64KB Flash）讲解，使用标准库开发。
前言：为什么非要学FLASH？
学到这里，很多小伙伴可能有个疑问：我程序不是已经能跑了吗？GPIO、定时器、中断都玩溜了，这个FLASH跟我有啥关系？
别急，先想两个问题：
你的单片机掉电后，之前记的数据（比如密码、校准参数、运行次数）还在吗？RAM里的东西可是掉电就丢的。
你想过没有，以后做产品能不能像手机OTA升级一样，通过串口或蓝牙给单片机"隔空"更新程序？
这两个问题的答案，都指向了今天的主角——内部FLASH。它不只是存程序的地方，更是我们能直接操作的"掉电不丢失"的存储空间。搞懂它，你的STM32才算真正入门了。
一、FLASH简介：它到底是个啥？
STM32F1系列的内部FLASH，说白了就三块东西：
| 组成部分 | 作用 | 人话解释 |
|---|---|---|
| 程序存储器 | 存放我们烧录的程序代码 | 就是你Keil编译生成的hex文件住的家 |
| 系统存储器 | 存放ST出厂的Bootloader | 芯片"原厂自带"的引导程序，用于串口下载 |
| 选项字节 | 配置读写保护、看门狗等 | FLASH的"设置面板"，管着安全权限 |
读写FLASH主要有两大用途：
存用户数据：利用程序存储器的剩余空间，保存那些掉电不能丢的参数。比如你的智能台灯要记忆亮度档位，总不能每次上电都让用户重新调吧？
IAP（在应用编程）：程序运行过程中，通过串口、蓝牙等接口接收新程序，把自己"更新"掉。这就是很多设备"在线升级"的底层原理。
这里还要区分两个概念：
ICP（在线编程）：通过JTAG、SWD或者系统存储器里的Bootloader，把整个FLASH重新烧一遍。这是我们平时用ST-Link下载程序的方式。
IAP（在程序中编程）：程序自己跑起来后，用代码去改写FLASH里的内容。比如你做一个Bootloader分区，专门负责接收新程序。
我的理解：你可以把ICP想象成"拆机换硬盘"，IAP就是"手机在线系统更新"。我们平时调程序用ICP，做产品升级就要靠IAP了。
二、FLASH的内部结构：拆解它的"五脏六腑"
2.1 闪存模块组织（中容量产品）
先上一张"户型图"，看看FLASH这块地皮是怎么划分的：
图1：闪存模块组织（中容量产品）
从这张表可以看出，STM32F1的FLASH分为三大块：
1. 主存储器（程序存储器）
中容量产品共有128页（Page 0 ~ Page 127），每页1KB。
等等，C8T6不是64KB吗？怎么有128页？这里要注意：中容量产品的定义是64KB或128KB，C8T6（64KB）实际上只用到页0~页63。后面多出来的页，在C8T6上是不存在的（或者说超出范围了）。
地址从
0x0800 0000开始，每页递增0x400（也就是1024字节）。
2. 信息块
系统存储器：地址
0x1FFF F000，大小2KB，住着ST的Bootloader。用户选择字节（选项字节）：地址
0x1FFF F800，大小16字节，专门管配置。
3. 闪存存储器接口寄存器
从
0x4002 2000开始，是FPEC（闪存编程和擦除控制器）的"操控面板"。包括
FLASH_ACR（访问控制）、FLASH_KEYR（密钥）、FLASH_SR（状态）、FLASH_CR（控制）、FLASH_AR（地址）等。
2.2 FLASH基本结构框图
图2：FLASH基本结构框图
这张图更直观：
左边绿色的FPEC（闪存编程和擦除控制器）是"大管家"，所有擦除和编程操作都必须经过它。
右边橙色的三部分就是刚才说的：程序存储器、系统存储器、选项字节。
注意那个"配置读写保护"的箭头，它告诉我们：选项字节可以反过来控制主存储器的访问权限。这就好比小区大门的门禁系统，选项字节就是物业的管理后台。
我的理解：FPEC就像FLASH的"保安队长"，你想动FLASH里的内容，得先过它这关。而且它不是"摆设"，写错了钥匙或者操作顺序不对，它真给你把门锁死。
三、FLASH的解锁机制：为什么要有"钥匙"？
3.1 三个关键键值
FPEC手里有三把"钥匙"：
| 键值名称 | 数值 | 用途 |
|---|---|---|
| RDPRT键 | 0x000000A5 | 解除读保护 |
| KEY1 | 0x45670123 | 解锁FPEC的第一步 |
| KEY2 | 0xCDEF89AB | 解锁FPEC的第二步 |
3.2 解锁流程
复位后，FPEC默认是上锁状态，FLASH_CR寄存器写不进去。这时候你想擦除或编程？门儿都没有。
正确解锁姿势：
往
FLASH_KEYR（密钥寄存器）写入KEY1再往同一个寄存器写入KEY2
顺序必须对，值必须准。这两步走完后，FPEC就解锁了，你可以操作FLASH_CR了。
⚠️ 风险说明：如果你解锁时写错了值，或者顺序颠倒了，FPEC会被锁死！在下次复位之前，你再也动不了FLASH了。这不是吓唬人，是手册里写的。
3.3 加锁
操作完成后，记得设置FLASH_CR的LOCK位为1，把FPEC重新锁上。这就像你进房间拿完东西要关门一样，防止程序跑飞后误写FLASH。
我的理解：这个解锁机制其实是ST给我们的一层保险。你想啊，如果程序跑飞了，指针乱指，万一指到FLASH地址上乱写一通，那程序不就彻底崩了吗？有了这把锁，至少得"对暗号"才能动手，大大降低了误操作的风险。
四、如何读写FLASH？——指针访问与操作流程
4.1 使用指针直接访问存储器
FLASH本质上就是一片地址空间。程序存储器从0x0800 0000开始，那我们直接用指针就能读写：
读操作：
uint16_t Data = *((__IO uint16_t *)(0x08000000));写操作：
*((__IO uint16_t *)(0x08000000)) = 0x1234;
这里__IO被定义为volatile。为什么非要加volatile？因为编译器可能会"自作聪明"地优化掉你的读写操作。加了volatile，就是告诉编译器："这个地址是硬件寄存器，每次读写都必须真去访问内存，不准偷懒！"
边界意识：STM32F1的主存储器编程，最小单位是半字（16位）。你不能像操作RAM那样一个字节一个字节地写，必须16位一起写。而且写入的地址必须是偶数地址（半字对齐）。
4.2 程序存储器编程流程
图5：程序存储器编程流程
看图说话，编程（写入）的标准流程：
检查LOCK位：如果LOCK=1，先执行解锁序列（KEY1 + KEY2）。
置PG位：把
FLASH_CR的PG位（编程位）置1，告诉FPEC"我要开始写数据了"。写入半字：在目标地址写入一个16位数据。
等待BSY位清零：
FLASH_SR的BSY位（忙标志）为1表示FPEC正在干活，你得轮询等它变0。读校验：写入完成后，把刚才的地址读出来，看看是不是你写的那个数。
⚠️ 核心知识点（必考）：FLASH有个"怪脾气"——写入前必须先擦除，而且擦除后所有位变成1，写入只能把1改成0，不能把0改成1。如果你直接往已经有数据的地址上写，结果会是"按位与"的关系，数据绝对不是你想要的。
4.3 程序存储器页擦除流程
图6：程序存储器页擦除流程
既然写之前必须擦除，那怎么擦？
检查并解锁（同上）。
置PER位：把
FLASH_CR的PER位（页擦除位）置1。写地址：把要擦除的页的起始地址写入
FLASH_AR（地址寄存器）。置STRT位：把
FLASH_CR的STRT位（开始位）置1，FPEC就开始擦了。等待BSY=0。
验证：读出这一页，确认全是
0xFFFF（擦除后就是全1）。
我的理解：页擦除就像"整块黑板擦掉重写"。你不可能只擦掉黑板上的某一个字，必须整页擦。所以规划FLASH存储时，要把经常改动的数据放在同一页，避免频繁擦除影响寿命。
4.4 程序存储器全擦除流程
程序存储器全擦除流程
全擦除就更简单了：
解锁。
置MER位：把
FLASH_CR的MER位（全擦除位）置1。置STRT位：开始擦除。
等BSY=0，验证所有页。
⚠️ 风险说明：全擦除会把你的程序也擦掉！如果你在程序运行过程中误触发了全擦除，那芯片就"变砖"了，只能重新用ST-Link烧程序。所以写代码时，MER位一定要谨慎操作。
五、选项字节：那些"隐藏配置"
5.1 选项字节的组织结构
信息块（选项字节）的组织结构
选项字节一共16个字节，但STM32用了一种"冗余"设计：每个配置都存了原值和反值（比如RDP和nRDP）。这样芯片上电时可以互相校验，防止配置因干扰出错。
各字段含义：
| 字段 | 作用 |
|---|---|
| RDP | 读保护级别。写入0xA5解除读保护，其他值会开启不同级别的保护 |
| USER | 配置硬件看门狗（IWDG_SW）、停机/待机模式是否产生复位 |
| Data0/1 | 用户可自定义，一般存一些设备标识或校准参数 |
| WRP0~3 | 写保护位，每一位对应保护4个存储页（中容量产品） |
我的理解：选项字节就像是FLASH的"保险箱密码和权限设置"。RDP读保护一旦开启，别人用J-Link就读不出你的程序了，对知识产权保护很重要。但注意：开启读保护后，如果要解除，FLASH会被全部擦除，这是ST设计的防破解机制。
5.2 选项字节的编程与擦除
选项字节和主存储器的操作类似，但多了几道"安检"：
编程流程：
检查
FLASH_SR的BSY位，确认FPEC空闲。解锁
FLASH_CR的OPTWRE位（选项字节写使能）。置
FLASH_CR的OPTPG位（选项字节编程位）为1。写入半字到指定地址。
等待BSY=0。
读出验证。
擦除流程：
检查BSY位。
解锁OPTWRE位。
置
FLASH_CR的OPTER位（选项字节擦除位）为1。置STRT位为1。
等待BSY=0。
读出验证。
我的理解：选项字节操作比主存储器多一个OPTWRE解锁，这相当于"双重认证"。毕竟改选项字节可能影响整个芯片的访问权限，ST当然得谨慎点。
六、器件电子签名：芯片的"身份证"
每颗STM32芯片出厂时，ST都在系统存储区域烧写了一组不可更改的电子签名，包含两个信息：
| 寄存器 | 基地址 | 大小 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 闪存容量寄存器 | 0x1FFF F7E0 | 16位 | 表示芯片的FLASH容量（单位KB）。比如C8T6读出来就是64 |
| 产品唯一身份标识寄存器 | 0x1FFF F7E8 | 96位 | 全球唯一的芯片ID，每颗芯片都不一样 |
这有啥用？
闪存容量寄存器：程序可以自动识别自己跑在什么容量的芯片上，做自适应配置。
唯一身份标识：可以做设备的"硬件指纹"。比如你想做一机一码的加密，或者给每个设备分配独立序列号，读这个寄存器就行了。因为它是出厂固化、不可更改的，比存在FLASH里的数据靠谱多了。
我的理解：这就像是芯片的"身份证号"和"户口本"。96位的唯一ID，全世界没有两颗一样的芯片，做产品追溯、防复制、加密绑定都特别好使。
七、我的理解 / 心得
学FLASH之前，我一直以为它只能存程序。现在明白了，只要规划好地址，完全可以把用户数据存在程序后面的空白页里。比如C8T6的64KB，程序只占用了前20KB，后面44KB就是"自由空间"。
关于擦除寿命：FLASH的擦写次数是有限的（手册标称1万次）。所以做数据存储时，不能频繁擦同一页。如果要做EEPROM效果，可以考虑"磨损均衡"算法，或者直接用STM32的备份寄存器、外接EEPROM。
八、踩坑记录
| 踩坑场景 | 现象 | 原因 | 解决办法 |
|---|---|---|---|
| 未解锁直接写FLASH | 程序卡死或数据没写入 | FLASH_CR处于锁定状态 | 严格按KEY1→KEY2顺序解锁 |
| 写入前未擦除 | 读出来的数据和写入值不一致 | FLASH只能1变0，不能0变1 | 写入前必须执行页擦除 |
| 擦除/编程时掉电 | 芯片变砖，无法下载程序 | 操作过程中断导致FLASH损坏 | 确保电源稳定，或加掉电检测 |
| 选项字节误操作 | 无法通过SWD下载程序 | 开启了读保护或写保护 | 按住复位键，在Keil点击下载瞬间松开复位 |
| 指针未加volatile | 开启优化后代码失效 | 编译器优化掉了寄存器访问 | 所有硬件寄存器指针前加__IO或volatile |
九、总结表格
| 知识点 | 核心内容 | 注意事项 |
|---|---|---|
| FLASH组成 | 程序存储器 + 系统存储器 + 选项字节 | C8T6程序存储器为64KB（64页） |
| 主存储器页大小 | 每页1KB | 擦除最小单位是页，写入最小单位是半字（16位） |
| 解锁键值 | KEY1=0x45670123，KEY2=0xCDEF89AB | 顺序不能错，错则锁死 |
| 编程前提 | 必须先擦除 | 擦除后全为1，写入只能1变0 |
| 编程流程 | 解锁→置PG→写半字→等BSY→校验 | 地址必须半字对齐 |
| 页擦除流程 | 解锁→置PER→写地址→置STRT→等BSY | 会擦除整页1KB数据 |
| 全擦除流程 | 解锁→置MER→置STRT→等BSY | 会擦掉程序本身，慎用！ |
| 选项字节 | RDP/USER/Data/WRP，每项存原值+反值 | 操作前需额外解锁OPTWRE |
| 电子签名 | 容量寄存器+96位唯一ID，出厂固化不可改 | 可用于设备加密和序列号 |
写这篇文章的时候，我把江科大的视频又回顾了一遍，结合《STM32F10xxx参考手册》把FLASH的寄存器位一个个核对过去，才发现之前很多"想当然"的理解都是错的。比如我以为FLASH可以像RAM一样随便写，实际上必须先擦除；我以为解锁就是走个形式，实际上写错真的会锁死。
STM32的FLASH模块虽然看起来就是"擦了写、写了读"，但里面的门道真不少——解锁机制、选项字节、读写保护，每一步都是ST为了可靠性设计的"保险丝"。搞懂这些，不只是为了应付考试，更是为了以后做产品时少踩坑。
📌开发环境：Keil5 + STM32F103C8T6最小系统板 + ST-Link
📌参考资料：江科大STM32入门教程、《STM32F10xxx参考手册》
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