STM32 内蔵フラッシュメモリへのデータ保存

2019年12月23日　カテゴリー：STM32

HALライブラリを利用し、STM32の内蔵フラッシュメモリへデータを保存します。これにより電源を切ってもデータを残したままにすることができます。下記参考ページにも詳細な内容がありますので、併せてご参照ください。
・STM32 + HAL Flashの書き込み・読み込み

フラッシュメモリへのデータ保存時には、単純に書き込み関数を呼び出せばよいわけではなく、あらかじめ書き込む場所を消去しておく必要があります。さらに、消去等の操作前にはロックを解除しなければいけません。つまり下記の流れとなります。
・ロック解除→消去→書き込み→再度ロック

フラッシュメモリはセクタという単位に分割されており、消去操作時にはセクタごとに消去します。STM32F401REのセクタ7の場合、フラッシュメモリの終わり側128kB分が全て消えることになります。

＜STM32F4、F7での書き込みサンプルコード＞
テストとして配列を書き込みます。NUCLEO-F401REで動作確認しました。セクタの開始アドレスはそれぞれのICのリファレンスマニュアルをご確認ください。

const uint32_t flash_addr = 0x08060000; // データ保存先（セクタ7）開始アドレス
uint16_t testData[8] = {1, 3, 5, 7, 2, 4, 6, 8}; // 書き込むデータ

void saveData()
{
  /* フラッシュ ロック解除 */
  HAL_FLASH_Unlock();

  /* フラッシュ 消去 */
  FLASH_EraseInitTypeDef erase;               // 消去に関する構造体を定義
  uint32_t error = 0;                         // エラーコードを格納する変数
  erase.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;  // 消去方法: セクタ消去
  erase.Sector = FLASH_SECTOR_7;              // 消去するセクタ: セクタ7
  erase.NbSectors = 1;                        // 消去するセクタの数: 1
  erase.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3; // 電圧設定
  HAL_FLASHEx_Erase(&erase, &error);          // 消去

  /* フラッシュ 書き込み */
  uint32_t addr = flash_addr; // 書き込み先アドレスを代入
  for (int i = 0; i < 8; i++)
  {
    HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, addr, testData[i]); // 書き込み
    addr += 2; // 2バイト(16ビット)分アドレスを進める
  }

  /* フラッシュ ロック */
  HAL_FLASH_Lock();
}

今回は16ビットのデータを書き込んでいますが、8ビットであれば「FLASH_TYPEPROGRAM_BYTE」を使い、アドレスは1バイトずつ進めます（32ビットであれば「FLASH_TYPEPROGRAM_WORD」を使い、アドレスは4バイトずつ進めます）。

＜データ読み出し＞
保存したデータを読み出す場合は特別な操作は必要なく、下記のように記載します。

uint32_t addr = flash_addr;
testData[0] = *((uint16_t*)addr);

「(uint16_t*)」で書き込み先アドレスをポインタ型へキャストし、そのポインタ（アドレス）にあるデータを「*」で読み出しています。何も書き込まれていない場合は、ビットが全て1のデータ（uint16_tなら65535）が読み出されます。

＜STM32H7での書き込みサンプルコード＞
セクタの他にバンク1と2があるため、バンク指定が追加になっています。また、書き込みはFLASHWORD（256ビット）単位限定で、256ビットのデータを準備しなければいけないようです。データ読み出しについては上記と同じです。NUCLEO-H743ZI2で動作確認しました。

const uint32_t flash_addr = 0x081E0000; // データ保存先（バンク2 セクタ7）開始アドレス
uint16_t testData[16] = {1, 3, 5, 7, 2, 4, 6, 8, 9, 7, 5, 3, 0, 8, 6, 4}; // 書き込むデータ

void saveData()
{
  /* フラッシュ ロック解除 */
  HAL_FLASH_Unlock();

  /* フラッシュ 消去 */
  FLASH_EraseInitTypeDef erase;               // 消去に関する構造体を定義
  uint32_t error = 0;                         // エラーコードを格納する変数
  erase.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;  // 消去方法: セクタ消去
  erase.Banks = FLASH_BANK_2;                 // 消去するバンク: バンク2
  erase.Sector = FLASH_SECTOR_7;              // 消去するセクタ: セクタ7
  erase.NbSectors = 1;                        // 消去するセクタの数: 1
  erase.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3; // 電圧設定
  HAL_FLASHEx_Erase(&erase, &error);          // 消去

  /* フラッシュ 書き込み */
  uint32_t addr = flash_addr; // 書き込み先アドレスを代入
  HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_FLASHWORD, addr, (uint32_t)testData); // 書き込み
  addr += 32; // 続けて他のデータを書き込む場合は32バイト(256ビット)分アドレスを進める

  /* フラッシュ ロック */
  HAL_FLASH_Lock();
}

＜リンカスクリプトについて＞
内蔵フラッシュメモリにはプログラムが書き込まれています。万が一大きなプログラムとなった場合には、データ保存したいフラッシュ領域と重なってしまうおそれがあります。そこで、プログラムの領域とデータ保存の領域を分けておきます。

STM32CubeIDEのプロジェクトフォルダ内に、リンカスクリプトと呼ばれるSTM32○○○○_FLASH.ldというファイルがあります。このファイル内のMEMORYの記述を変更すればOKです。例えばSTM32F401REのセクタ7（開始アドレス0x08060000）をデータ保存領域（DATA）とする場合は下記の記述とします。

MEMORY
{
  RAM (xrw)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 96K
  FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 384K
  DATA (rx)  : ORIGIN = 0x08060000, LENGTH = 128K
}