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用STM32F4内部Flash模拟EEPROM：从零开始实战指南

你有没有遇到过这样的场景？
项目快定型了，突然发现需要保存几个用户参数——比如设备ID、校准值或工作模式。这时候外挂一片I²C EEPROM，意味着要改PCB、增加BOM成本、多占几平方毫米面积，还可能因为通信不稳定引发现场问题。

其实，你的STM32F4芯片里，已经有一块“隐藏的EEPROM”——那就是它自带的Flash存储器。

本文不讲空话，带你一步步实现基于STM32F4 Flash的EEPROM模拟功能。即使你是第一次接触这个概念，也能照着做出来，并真正理解背后的原理和坑点。

为什么能用Flash当EEPROM？

先说结论：可以，但不能直接用，必须加一套管理机制。

我们常用的串行EEPROM（如AT24C02）支持字节级读写、百万次擦写寿命，操作简单。而STM32F4的Flash是NOR型程序存储器，设计初衷是用来存代码的，有以下几个“硬约束”：

所以，想让Flash“扮演”EEPROM，就得在软件层面补足这些短板。核心思路就是：把两个Flash页当成一个循环缓冲区来用，通过状态标记+数据迁移，实现逻辑上的“可重复写入”效果。

核心算法：两页轮换法（Two-Page Circular Buffer）

这是ST官方推荐的经典方案，也被广泛应用于实际产品中。我们不用看手册里的状态机图也能搞懂它——下面用“人话”拆解。

思路很简单：

1. 找两个大小相同的Flash页，比如Page A 和 Page B；
2. 初始时，A是有效页（VALID），B是接收页（RECEIVE）；
3. 每次要写数据时，不是直接改A，而是把A的所有数据复制到B，顺便更新你要改的那个变量；
4. 复制完后，擦除A，然后把B设为新的有效页，A变成下一次的接收页；
5. 下次再写？那就反过来操作。

这样做的好处是什么？
👉每个物理页不会被频繁擦除，写100次只导致每个页被擦50次，实现了基础的磨损均衡。

页面状态怎么判断？

我们在每一页开头放一个“身份标签”，用特定数值表示当前角色：

#define PAGE_ERASED 0xFFFF #define PAGE_RECEIVER 0xFFFE #define PAGE_VALID 0xFFFD

系统上电后扫描这两个页的首地址，就能知道哪个是当前有效的数据页，哪个正在等待使用。

实战配置：如何选页、分区域？

别急着写代码，先规划好内存布局。

以 STM32F407VG 为例，Flash总容量是 1MB，地址范围0x0800_0000 ~ 0x080F_FFFF。通常固件放在前面，我们可以把最后两个16KB扇区留出来做模拟EEPROM。

假设我们选择倒数第二和最后一个扇区（Sector 7 和 Sector 8，在Bank1末尾）：

#define PAGE_SIZE 0x4000 // 16KB #define FLASH_BANK1_END 0x080FFFFF #define EEPROM_START_ADDR (FLASH_BANK1_END - (2 * PAGE_SIZE) + 1) #define PAGE0_BASE EEPROM_START_ADDR #define PAGE1_BASE (EEPROM_START_ADDR + PAGE_SIZE)

⚠️ 注意：地址一定要对齐到扇区边界！否则擦除会出错。

为什么不往前放？
因为Bootloader或应用程序可能会动态更新，万一覆盖到你的数据区就完了。越靠后越安全，只要你在链接脚本里预留好空间即可。

关键代码实现（基于HAL库）

以下是你真正需要的核心函数，我已经去掉了冗余注释，保留最实用的部分。

1. 初始化：识别当前有效页

uint32_t EE_Init(void) { uint16_t status0 = *(uint16_t*)PAGE0_BASE; uint16_t status1 = *(uint16_t*)PAGE1_BASE; // 解析页面状态 if (status0 == PAGE_VALID && status1 == PAGE_RECEIVER) { LoadDataFromPage(PAGE0_BASE); // 从Page0加载数据 return HAL_OK; } else if (status0 == PAGE_RECEIVER && status1 == PAGE_VALID) { LoadDataFromPage(PAGE1_BASE); return HAL_OK; } else if (status0 == PAGE_ERASED && status1 == PAGE_ERASED) { // 两页都空，初始化 FormatPage(PAGE0_BASE); FormatPage(PAGE1_BASE); MarkPage(PAGE0_BASE, PAGE_VALID); MarkPage(PAGE1_BASE, PAGE_RECEIVER); memset(EEpromData, 0xFF, sizeof(EEpromData)); return HAL_OK; } else { // 状态冲突，可能是掉电损坏 ReformatEeprom(); // 安全起见重置 return HAL_ERROR; } }

其中LoadDataFromPage()是将指定页中的Key-Value对还原到RAM数组中。

2. 写入变量：真正的“模拟写入”

uint32_t EE_WriteVariable(uint16_t key, uint16_t value) { if (key >= 64) return HAL_ERROR; // 超出范围保护 uint32_t srcPage = GetValidPage(); // 当前有效页 uint32_t destPage = FindReceiverPage(); // 接收页 // 开始写之前必须解锁Flash HAL_FLASH_Unlock(); // 先编程目标页：写入新数据表 for (int i = 0; i < 64; i++) { uint16_t data = (i == key) ? value : EEpromData[i]; uint32_t addr = destPage + 4 + i * 2; // 偏移4字节存放数据 HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, addr, data); } // 更新本地缓存 EEpromData[key] = value; // 标记旧页待擦除，新页为有效 MarkPage(destPage, PAGE_VALID); // 擦除原有效页，作为下次接收页 FLASH_EraseInitTypeDef erase; uint32_t pageError; erase.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS; erase.Sector = GetSector(srcPage); erase.NbSectors = 1; erase.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3; if (HAL_FLASH_Erase(&erase, &pageError) != HAL_OK) { HAL_FLASH_Lock(); return HAL_ERROR; } // 切换接收页标志 MarkPage(srcPage, PAGE_RECEIVER); HAL_FLASH_Lock(); return HAL_OK; }

✅ 提示：所有Flash操作前后记得调用HAL_FLASH_Unlock()和HAL_FLASH_Lock()！

3. 辅助函数：找到该干活的页

uint32_t GetValidPage(void) { if (*(uint16_t*)PAGE0_BASE == PAGE_VALID) return PAGE0_BASE; if (*(uint16_t*)PAGE1_BASE == PAGE_VALID) return PAGE1_BASE; return 0; // 错误 } uint32_t FindReceiverPage(void) { if (*(uint16_t*)PAGE0_BASE == PAGE_RECEIVER) return PAGE0_BASE; if (*(uint16_t*)PAGE1_BASE == PAGE_RECEIVER) return PAGE1_BASE; return 0; } void MarkPage(uint32_t pageAddr, uint16_t status) { HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, pageAddr, status); }

使用CubeMX快速搭建工程

与其手动配时钟、开外设，不如用STM32CubeMX加速开发。

配置要点：

1. 选择芯片型号（如STM32F407VG）；
2. 在 Clock Configuration 中设置 HCLK = 168MHz；
3. 启用外部晶振（HSE），提升定时精度；
4. 在 System Core → RCC 中启用高速外部时钟；
5. 添加 USART1 并配置为异步模式，用于调试输出；
6. Project Manager → Code Generator：勾选“Generate peripheral initialization as a pair of ‘.c/.h’ files”；
7. 最重要一步：在 User Constants 区域定义你的EEPROM地址宏，避免与main函数生成区冲突。

✅ 建议做法：在.ioc文件中添加自定义文本备注，记录你预留的Flash区域，防止后续修改覆盖。

实际应用中的关键注意事项

你以为写完驱动就万事大吉？错。真实项目中最容易翻车的地方往往不在算法本身。

🛑 1. 中断必须关闭！

在执行Flash擦除/编程期间，任何中断服务例程都不应访问Flash。否则可能导致HardFault（尤其是NVIC跳转时取指令失败）。

解决办法：

__disable_irq(); // 关闭所有中断 // 执行Flash操作 __enable_irq(); // 完成后再打开

或者更精细地屏蔽特定中断源。

🛑 2. 掉电保护怎么做？

如果正在写入时突然断电怎么办？
→ 数据丢失几乎是必然的。

缓解策略：
- 写入前加CRC校验头；
- 关键参数双备份（分别存在不同页）；
- 上电时进行一致性检查，若异常则恢复默认值；
- 若条件允许，加超级电容支撑写入完成。

🛑 3. 寿命到底够不够用？

算笔账就知道了：

• 每个扇区支持约 10,000 次擦写；
• 双页轮换 → 相当于总共 20,000 次写机会；
• 如果每天写 50 次 → 可用 400 天 ≈ 13个月；
• 若升级为四页轮换？直接翻倍到800天！

所以如果你的应用是“用户偶尔改设置”，完全没问题；但如果是“每秒记录一次日志”，那还是老老实实外挂FRAM吧。

🛑 4. 如何避免被IDE优化掉？

声明全局数组时务必加上volatile或放置在特定段：

__attribute__((section(".eeprom_data"))) uint16_t EEpromData[64];

并在链接脚本中定义该段位置，防止被优化或与其他变量混在一起。

这种方案适合哪些场景？

✅强烈推荐使用的情况：
- 存储少量配置参数（<1KB）
- 写入频率低（每天几次~几十次）
- 对成本敏感的产品（如消费类IoT设备）
- PCB空间紧张，不想加额外器件

❌不建议使用的场景：
- 高频数据记录（如传感器采样日志）
- 要求超高可靠性（工业级连续运行）
- 需要超长寿命（>10万次写入）

小结：你现在掌握了什么？

你不再只是“抄了个例程”，而是真正理解了：

• Flash不能随便写，必须先擦后写；
• 模拟EEPROM的本质是页管理算法，不是简单的memcpy；
• 双页轮换是一种轻量级磨损均衡技术；
• 状态标记决定系统能否正确恢复；
• 实际工程要考虑中断、掉电、寿命等现实因素。

下一步你可以尝试：
- 把Key-Value改成带CRC的结构体存储；
- 引入环形页池支持更多页轮换；
- 结合LittleFS实现更复杂的文件式管理；
- 加密存储敏感参数（如许可证密钥）。

如果你正在做一个智能温控器、电机驱动器或者便携仪表，现在就可以动手试试。不用买任何新元件，只需要改几行代码，就能让你的STM32多出一个“虚拟EEPROM”。

有问题欢迎留言讨论，也可以分享你在实际项目中是如何处理非易失性存储的。