MCU的闪存(FLASH)存储器的接口寄存器

MCU（微控制器单元）中的闪存存储器接口寄存器（Flash Memory Interface Registers），是MCU 内核与片内 Flash 之间的桥梁，用于控制和管理 MCU 内部闪存（Flash Memory）读写、擦除、编程以及保护等操作的一组特殊功能寄存器（SFRs）。这些寄存器通常由 MCU 的**闪存控制器（Flash Controller）**提供，允许开发者对 Flash 进行底层操作，比如固件升级（IAP，In-Application Programming）、出厂程序保护、低功耗模式下的管理等等。

不同厂商（如 STMicroelectronics、NXP、Microchip、TI、国产如华大、兆易创新等）和不同型号的 MCU，其闪存接口寄存器的名称、功能和地址可能有所不同，但基本功能和结构具有相似性。

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一、闪存接口寄存器常见功能模块

一般来说，MCU 的闪存接口寄存器主要包括以下几类功能：

1. 闪存控制寄存器（Flash Control Register, 如 FLASH_CR）

用于控制 Flash 的主要操作，比如：

• 启动/禁止 Flash 编程或擦除
• 选择操作模式（读、页擦除、整片擦除、编程等）
• 使能/失能中断
• 选择 Flash 操作电压范围（在某些 MCU 中）

🔧 示例（以 STM32 为例）：

• FLASH_CR：Flash 控制寄存器，控制擦除/编程操作。
• 包含位域如：
  • PG（Programming）：编程使能
  • PER（Page Erase Request）：页擦除请求
  • MER（Mass Erase）：整片擦除
  • STRT（Start）：启动操作
  • LOCK：Flash 锁定状态

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2. 闪存状态寄存器（Flash Status Register, 如 FLASH_SR）

用于反映当前 Flash 操作的状态，比如：

• 是否正在忙于擦除/编程（Busy 位）
• 操作是否成功
• 是否有错误（如写保护错误、编程对齐错误等）

🔧 常见状态位：

• BSY（Busy）：Flash 忙碌中，不能接受新命令
• EOP（End Of Operation）：操作完成标志
• PGERR（Programming Error）：编程错误
• WRPERR（Write Protection Error）：写保护错误

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3. 闪存地址寄存器（Flash Address Register, 如 FLASH_AR / FLASH_ADDR）

用于指定要擦除或编程的 Flash 地址，比如：

• 指定要擦除的页地址
• 指定要写入数据的 Flash 目标地址

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4. 闪存选项字节控制寄存器（Option Bytes Registers）

用于管理 Flash 的选项字节（Option Bytes），这些字节通常存储了：

• 读写保护配置（Read/Write Protection）
• 硬件看门狗配置
• 启动模式选择（Boot Pin/Mode）
• nRST 停止/复位行为
• 用户自定义配置（如芯片 ID 或默认配置）

这些寄存器通常有特殊的访问机制，有的需要解锁、有的只能在特定模式下修改。

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5. 闪存密钥寄存器（Flash Key Register, 如 FLASH_KEYR）

由于 Flash 的保护和关键操作（如解锁控制寄存器、擦除选项字节）涉及安全机制，因此需要通过**写入特定钥匙序列（Key）**才能进行操作，比如 STM32 中的 FLASH_KEYR 寄存器。

🔐 例如 STM32：

• 写入 KEY1 = 0x45670123 和 KEY2 = 0xCDEF89AB 到 FLASH_KEYR 才能解锁 Flash 控制寄存器。

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6. 闪存选项键寄存器（Option Key Register）

与选项字节相关的解锁寄存器，比如 OPTKEYR，用于解锁对选项字节的修改权限。

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二、常见 MCU 厂商的闪存寄存器举例

1. STM32 系列（ARM Cortex-M）

• FLASH_ACR：Flash 访问控制寄存器（配置等待状态、预取等）
• FLASH_KEYR：Flash 密钥寄存器（用于解锁）
• FLASH_OPTKEYR：选项字节密钥寄存器
• FLASH_SR：状态寄存器
• FLASH_CR：控制寄存器
• FLASH_AR（或 FLASH_ADDR）：地址寄存器
• FLASH_OBR / FLASH_WRPR：选项字节相关

📌 STM32 的 Flash 操作通常需要按照严格的步骤，比如先解锁、清除状态、设置控制位、启动操作、等待完成等。

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2. NXP（如 Kinetis、i.MX RT、LPC 系列）

• 寄存器命名可能为 FTFL_FSTAT, FTFL_FCNFG, FTFL_FCCOB 等（Kinetis Flash 模块）
• 使用 FCCOB（Flash Common Command Object）寄存器组来执行命令（擦除、编程等）

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3. GD32（国产，兼容 STM32）

• 与 STM32 类似，寄存器名称也类似，如 FLASH_ACR, FLASH_KEYR, FLASH_SR, FLASH_CR
• 适用于国产替代方案，寄存器级兼容度高

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4. Microchip（如 PIC、AVR、SAM）

• 不同架构差异较大，比如 AVR 的 Flash 通过特殊指令和 SPM（Store Program Memory）寄存器操作
• SAM（ARM-based）系列类似于 STM32，有专门的 Flash 控制器寄存器

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三、典型操作流程（以擦除/编程 Flash 为例）

以 STM32 为例，对 Flash 进行编程或擦除的大致流程如下：

1. 解锁 Flash 控制器

   • 向 FLASH_KEYR 写入正确的解锁键序列

2. 检查并清除状态标志

   • 读取 FLASH_SR，确保没有错误（如 WRPERR, PGERR）
   • 必要时通过写 1 清除标志（如 EOP, PGERR）

3. 等待 Flash 不忙（BSY = 0）

4. 配置控制寄存器

   • 设置 PG 或 PER / MER 位，选择操作类型（编程/页擦除/整片擦除）

5. 设置地址

   • 在 FLASH_AR 或 FLASH_ADDR 中写入要操作的 Flash 地址

6. 启动操作

   • 设置 STRT 位，开始执行擦除/编程

7. 等待操作完成

   • 轮询 BSY 位，或者等待中断（如果使能了中断）

8. 检查操作结果

   • 查看 EOP（操作成功）或其他错误标志

9. 重新上锁（可选）

   • 设置 LOCK 位，防止误操作

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四、如何查找具体 MCU 的 Flash 寄存器？

每个 MCU 的 Flash 寄存器都定义在其技术参考手册（Technical Reference Manual, TRM） 或 数据手册（Datasheet） 中，通常位于以下章节：

• Flash Memory Controller
• Flash Programming Manual
• Memory Chapter（内存章节）
• Register Map（寄存器映射表）

🔍 推荐步骤：

1. 找到你所使用的 MCU 的型号（如 STM32F103C8T6、GD32F303、LPC55xx 等）
2. 下载该型号的 Reference Manual（参考手册）
3. 搜索关键词：Flash、Flash Controller、Flash Registers、FTFA、FLASH_CR 等
4. 查看寄存器定义、地址、功能描述与使用流程

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五、总结

寄存器类别	功能说明	常见寄存器名（举例）
控制寄存器	控制 Flash 操作（读/写/擦除）	FLASH_CR, FTFA_FCCOB
状态寄存器	反映 Flash 状态与错误	FLASH_SR, FSTAT
地址寄存器	指定要操作的 Flash 地址	FLASH_AR, FLASH_ADDR
密钥寄存器	解锁 Flash 控制器或选项字节	FLASH_KEYR, OPTKEYR
选项字节相关	配置读写保护、启动模式、安全特性等	选项字节寄存器、OBR、WRPR
Flash 访问配置	配置等待状态、预取、缓存等（影响性能与稳定）	FLASH_ACR