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stm32用Flash模拟EEPROM的问题
关键字： stm32 EEPROM
简介
花了几天时间研究stm32用Flash模拟EEPROM的问题，终于彻底弄懂了这种机制，由于我英文很菜，所以官方文档没有仔细看，而是直接去抠官方给出的例子程序，当然这种方法比较笨，但最终效果是一样的。
下面仅将我学习过程中的一些心得体会给大家介绍一下，希望能对需要的人有所帮助，有不足之处望大家积极指正。
首先推荐大家看的文档就是ST的官方文档《AN2594.pdf》 和前辈总结出的《STM32 FLASH 模拟EEPROM使用和优化.pdf》和已经优化过的例程代码《FW_V3.1.0优化(FLASH模拟EEPROM).rar》
下面开始进入主题
为什么要用flash模拟eeprom？
在许多应用场合下需要用eeprom保存非易失性的数据，但是意法半导体为了控制成本，没有在STM32F10X系列芯片中集成EEPROM，所以我们就需要用其内部集成的FLASH通过软件模拟EEPROM来达到同样的效果。
stm32中的片上FLASH特点
根据《STM32F10X闪存编程》中的介绍，以小容量为例（如下图），我们要使用的是32个1K字节/页的主存储空间，也就是说这段空间里除了保存用户代码的部分，其余部分我们是可以利用其作为数据存储使用的。
stm32的FLASH分为主存储块和信息块。主存储块用于保存具体的程序代码和用户数据，信息块用于负责由stm32出厂是放置2KB的启动程序（Bootloader）和512B的用户配置信息区。主存储块是以页为单位划分的，一页大小为1KB。范围为从地址0x08000000开始的128KB内。
对Flash 的写入操作要 “先擦除后写入”的原则；
闪存的读写涉及一个概念，字（Word）32bit和半字（HalfWord）16bit，虽然STM32 FLASH也是由字节组成，但STM32 FLASH的编程每次都是以16bit半字为单位，且FLASH地址必须为偶数，否则会出错。
对AN2594.pdf中模拟EEPROM机制的解释
官方例程中用了2页FLASH空间来作为模拟EEPROM进行数据存储，例如页3（0x08000C00-0x08000FFF）和页4（0x08001000-0x080013FF），分别将其标记为PAGE0和PAGE1，简单流程如下图
按照《使用和优化.pdf》中的解释，如果 0 页空间写满数据，那么把 0 页空间里面的【有效数据】复制到 1 页，如果 1页数据满那么把 1 页空间里面的【有效数据】复制到 0 页，这样循环使用，当然如果你想增加使用寿命可以增加多页循环。每页前面 4 字节保留，其中前 2 字节是该页状态标志。
是的，看到这里我开始感觉到了迷惑，迫切的需要弄清楚这种机制。。。。
官方文档中的这张图说明了虚拟的EEPROM在FLASH中的保存形式，对页进行以4字节为单位的分块，每块的前2字节保存虚拟EEPROM的16bit数据，后两字节保存此数据的16bit虚拟地址，虚拟地址必须为（0x0000-0xFFFE）。
那么先在这里说一下页面的三种状态
ERASED 页面是空的或者刚刚擦除数据，此时整个页面都是0xFFFF
RECEIVE_DATA 按照官方解释是，此页面处在接收已满页面的有效数据过程中。一旦另一页面完成擦除（数据搬运完毕），此页面状态即变成VALID_PAGE。搬运的时候先将最新更新的数据写入，然后再将所有有效数据（除刚刚更新的虚拟地址的数据）写入页面。 状态字：0xEEEE
VALID_PAGE 页面含有有效数据，这种状态会一直保持，直到所有有效数据搬运到已擦除的页面(有效数据搬运到新页面)。 状态字：0x0000
1.写数据
前面已经说到每页前4个字节保留，其中前2字节为页面状态字。假设保存的数据虚拟地址是 0x7777，那么程序写数据是从当前有效页页首地址开始查询虚拟地址位置为0xFFFF的空间，如果是 0xFFFF 那么该位置可以保存数据；如果不是，那么继续找下 1 个位置，如果本页无 0XFFFF 的空间那么表示本页已满，那么将本页【有效数据】复制到另外 1 页继续保存数据。
2.读数据
读数据时是从有效页的末尾地址开始检测是否是有效数据，如果是那么立即返回，程序是通过虚拟地址判断有效数据的，第1 个匹配的虚拟地址的数据才是有效的。
3.对【有效数据】的解释
在两次保存虚拟地址为0x7777的数据时（如下图所示）由于写数据时总是在FLASH中从首至尾依次存放，而读的时候总是从尾至首查找匹配，所以最后一次写入的虚拟地址是 0x7777对应的数据 1245 才是有效的。这就是虚拟数据的更新。
页满时的数据处理
当有新数据要写入而页面内无0xFFFF地址即页面已满时，会将数据写入新的页面，并将原页面的有效数据也复制至新的页面，紧接着擦除已满的页面。如下图所示：
优化的问题
STM32 FLASH 模拟EEPROM优化
官方例程中读写数据每次要查询读写位置，写数据是从页首地址开始查询，读地址是从页末地址查询。 假如只有 1 个数据，读数据时效率是很低的，要查到最后才能找到有效数据， 如果页快满了写数据效率也很低，读效率反而好一点了。 实际程序中记录下一个可以写数据的位置将提高数据的读写效率，这样的话：写数据就是立即写不用查询，读数据不从页末地址查询，而是从最后 1 个写入数据处查询，这样特别在页数据少时效率提高不少。优化过的例子代码只需要增加很少部分就能实现。
增加关键代码
uint32_t CurWrAddress;
// 初始化写地址，减少每次读写时查询时间
uint16_t InitCurrWrAddress(void)
详细请看修改后的例子，读写函数也做了相应更改
剩下的就是大家根据官方代码与优化过的代码进行对比，并通过eeprom.h中的三个入口函数进行细致研究了。
下面仅将我学习过程中的一些心得体会给大家介绍一下，希望能对需要的人有所帮助，有不足之处望大家积极指正。
首先推荐大家看的文档就是ST的官方文档《AN2594.pdf》 和前辈总结出的《STM32 FLASH 模拟EEPROM使用和优化.pdf》和已经优化过的例程代码《FW_V3.1.0优化(FLASH模拟EEPROM).rar》
下面开始进入主题
为什么要用flash模拟eeprom？
在许多应用场合下需要用eeprom保存非易失性的数据，但是意法半导体为了控制成本，没有在STM32F10X系列芯片中集成EEPROM，所以我们就需要用其内部集成的FLASH通过软件模拟EEPROM来达到同样的效果。
stm32中的片上FLASH特点
根据《STM32F10X闪存编程》中的介绍，以小容量为例（如下图），我们要使用的是32个1K字节/页的主存储空间，也就是说这段空间里除了保存用户代码的部分，其余部分我们是可以利用其作为数据存储使用的。
stm32的FLASH分为主存储块和信息块。主存储块用于保存具体的程序代码和用户数据，信息块用于负责由stm32出厂是放置2KB的启动程序（Bootloader）和512B的用户配置信息区。主存储块是以页为单位划分的，一页大小为1KB。范围为从地址0x08000000开始的128KB内。
对Flash 的写入操作要 “先擦除后写入”的原则；
闪存的读写涉及一个概念，字（Word）32bit和半字（HalfWord）16bit，虽然STM32 FLASH也是由字节组成，但STM32 FLASH的编程每次都是以16bit半字为单位，且FLASH地址必须为偶数，否则会出错。
对AN2594.pdf中模拟EEPROM机制的解释
官方例程中用了2页FLASH空间来作为模拟EEPROM进行数据存储，例如页3（0x08000C00-0x08000FFF）和页4（0x08001000-0x080013FF），分别将其标记为PAGE0和PAGE1，简单流程如下图
按照《使用和优化.pdf》中的解释，如果 0 页空间写满数据，那么把 0 页空间里面的【有效数据】复制到 1 页，如果 1页数据满那么把 1 页空间里面的【有效数据】复制到 0 页，这样循环使用，当然如果你想增加使用寿命可以增加多页循环。每页前面 4 字节保留，其中前 2 字节是该页状态标志。
是的，看到这里我开始感觉到了迷惑，迫切的需要弄清楚这种机制。。。。
官方文档中的这张图说明了虚拟的EEPROM在FLASH中的保存形式，对页进行以4字节为单位的分块，每块的前2字节保存虚拟EEPROM的16bit数据，后两字节保存此数据的16bit虚拟地址，虚拟地址必须为（0x0000-0xFFFE）。
那么先在这里说一下页面的三种状态
ERASED 页面是空的或者刚刚擦除数据，此时整个页面都是0xFFFF
RECEIVE_DATA 按照官方解释是，此页面处在接收已满页面的有效数据过程中。一旦另一页面完成擦除（数据搬运完毕），此页面状态即变成VALID_PAGE。搬运的时候先将最新更新的数据写入，然后再将所有有效数据（除刚刚更新的虚拟地址的数据）写入页面。 状态字：0xEEEE
VALID_PAGE 页面含有有效数据，这种状态会一直保持，直到所有有效数据搬运到已擦除的页面(有效数据搬运到新页面)。 状态字：0x0000
1.写数据
前面已经说到每页前4个字节保留，其中前2字节为页面状态字。假设保存的数据虚拟地址是 0x7777，那么程序写数据是从当前有效页页首地址开始查询虚拟地址位置为0xFFFF的空间，如果是 0xFFFF 那么该位置可以保存数据；如果不是，那么继续找下 1 个位置，如果本页无 0XFFFF 的空间那么表示本页已满，那么将本页【有效数据】复制到另外 1 页继续保存数据。
2.读数据
读数据时是从有效页的末尾地址开始检测是否是有效数据，如果是那么立即返回，程序是通过虚拟地址判断有效数据的，第1 个匹配的虚拟地址的数据才是有效的。
3.对【有效数据】的解释
在两次保存虚拟地址为0x7777的数据时（如下图所示）由于写数据时总是在FLASH中从首至尾依次存放，而读的时候总是从尾至首查找匹配，所以最后一次写入的虚拟地址是 0x7777对应的数据 1245 才是有效的。这就是虚拟数据的更新。
页满时的数据处理
当有新数据要写入而页面内无0xFFFF地址即页面已满时，会将数据写入新的页面，并将原页面的有效数据也复制至新的页面，紧接着擦除已满的页面。如下图所示：
优化的问题
STM32 FLASH 模拟EEPROM优化
官方例程中读写数据每次要查询读写位置，写数据是从页首地址开始查询，读地址是从页末地址查询。 假如只有 1 个数据，读数据时效率是很低的，要查到最后才能找到有效数据， 如果页快满了写数据效率也很低，读效率反而好一点了。 实际程序中记录下一个可以写数据的位置将提高数据的读写效率，这样的话：写数据就是立即写不用查询，读数据不从页末地址查询，而是从最后 1 个写入数据处查询，这样特别在页数据少时效率提高不少。优化过的例子代码只需要增加很少部分就能实现。
增加关键代码
uint32_t CurWrAddress;
// 初始化写地址，减少每次读写时查询时间
uint16_t InitCurrWrAddress(void)
详细请看修改后的例子，读写函数也做了相应更改
剩下的就是大家根据官方代码与优化过的代码进行对比，并通过eeprom.h中的三个入口函数进行细致研究了。
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