LPC 系列 MCU 是恩智浦公司于 2003 年開始推出的非常具有代表性的產品，距今已經有近 20 年的生命。按時間線演進來說，其主要分為三代：

- 元老：基于 ARM7/9 內核的 LPC2000/3000 系列
- 中堅：基于 Cortex-M0/0+/3/4 內核的 LPC800/1100/1200/1300/1500/1700/1800/4000/4300/54000
- 新銳：基于 Cortex-M33 內核的 LPC5500 系列。

其中堅產品即是痞子衡今天要重點聊的經典 MCU，從其第一顆 LPC1800 到至今仍有新型號出來的 LPC800，仍然深受廣大開發者喜愛。今天痞子衡想討論的是內部 Flash 驅動這個對嵌入式軟件開發者來說既冷門又不冷門的話題：

Note：本文內容主要以 LPC845 這個型號為例，未必完全適用其它經典 LPC 型號，具體需要查看相應手冊。

一、關于MCU內部Flash的基本概念

痞子衡先解釋下為什么內部 Flash 驅動這個話題既冷門又不冷門。說它冷門是因為大部分嵌入式軟件開發工程師寫的應用代碼里很少包含 Flash 操作功能（除非應用需要 OTA 升級或者斷電保存參數），因此對 Flash 模塊的關注度不如其它外設模塊。說它不冷門則是在 IDE 中調試或者編程器做量產又離不開 Flash 操作，所以避不可免地關注 Flash 擦寫算法、性能、壽命、效率等。

話說回來，Flash 外設一般由兩部分組成：Flash 控制器 + Flash Memory 介質，其 Memory 介質部分從原理上屬于并行 NOR Flash，MCU 上電 Flash 外設總是使能的，可以通過 AHB 總線直接讀取其映射空間內任意 Flash 地址處的數據/指令，所以其最主要的作用就是存儲可執行代碼。

如果應用程序需要做 OTA 升級，則需要借助 Flash 控制器完成擦除和寫入操作。這里就有一些概念性的東西出現了，比如 Flash 擦除正常是按 Block/Sector 為單元（不排除有些支持按 Page 擦除），并且擦除操作是將 Block/Sector 里全部 bit 從 0 恢復為 1。而 Flash 寫入則是按 PUnit 為最小單元的（可能是 1/2/4/8 bytes），一次性最多寫入一個 Page 的數據（這里指一次完整命令執行等待過程）。擦除和寫入操作都不是立刻就完成的，需要等待 Memory 介質更新完成（讀 Flash 控制器相應狀態位寄存器）。

LPC845 內部 Flash 一共 64KB，劃分為 64 個 Sector，每個 Sector 大小為 1KB。每個 Sector 包含 16 個 Page，每個 Page 大小為 64Bytes。支持按 Sector/Page 擦除，IAP 僅支持按 Page 寫入（但是控制器底層最小寫入單元是 4bytes），不支持 RWW 特性。

    64KB          N/A            N/A           1KB          64Bytes       4Bytes
Flash Memory > Flash Bank >= Flash Block > Flash Sector > Flash Page >= Flash PUnit >= Flash Byte
                   |              |             |              |             |
                RWW單元        擦除單元        擦除單元      最大寫入單元    最小寫入單元

關于 Flash 擦寫操作，還有一個重要概念叫 Read-While-Write（簡稱 RWW），因為默認代碼是執行在 Flash 里，如果我們這個時候還做 Flash 擦寫操作，就會讓同一個 Flash 處于又做擦寫處理同時也要響應 AHB 總線來的讀指令請求，大部分 Flash 是無法支持這個特性的，因此常見的操作是將觸發 Flash 擦寫命令以及讀 Flash 狀態的代碼重定向到 RAM 里去執行。而 LPC 上不一樣的 Flash IAP 驅動設計正是為了解決這個 RWW 限制的。

二、一般Flash驅動設計

在講 LPC Flash IAP 特色驅動之前，我們先來看看一般 MCU 上 Flash 驅動設計，就以恩智浦 Kinetis MK60DN512Z 系列為例。它的 Flash 外設是 FTFL （詳見參考手冊里 Chapter 28 Flash Memory Module (FTFL) 章節），Flash 大小為 512KB，分為兩個 256KB Block (這里就相當于Bank)，支持 RWW 特性（以 Block 為單元）。每個 Block 包含 128 個 Sector，每個 Sector 大小為 2KB。它其實沒有明確的 Page 概念（但是最大寫入單元是專用 4KB FLEXRAM 的一半，可以理解為 Page 大小就是 2KB），支持的最小寫入單元是 4bytes。

   512KB         256KB          256KB          2KB            2KB         4Bytes
Flash Memory > Flash Bank >= Flash Block > Flash Sector >= Flash Page > Flash PUnit >= Flash Byte
                   |              |             |              |             |
                RWW單元        擦除單元        擦除單元      最大寫入單元    最小寫入單元

在官方驅動 SDK_2_2_0_TWR-K60D100MdevicesMK60D10driversfsl_flash.c 里我們重點關注如下 5 個基本函數，這些函數都是直接操作 FTFL 外設寄存器來完成相應 Flash 擦寫功能的。其中 flash_command_sequence() 內部函數設計是核心，每一個 API 基本都會調用它，這里面有一個關于解決 RWW 限制的黑科技設計，后面痞子衡會寫文章專門介紹。

//一般初始化函數，主要是軟件層面初始化
status_tFLASH_Init(flash_config_t*config);
//為了解決RWW限制而特殊設計的命令觸發執行函數
status_tFLASH_PrepareExecuteInRamFunctions(flash_config_t*config);
staticstatus_tflash_command_sequence(flash_config_t*config)
//擦除函數，長度不限(需要按Sector對齊)，key參數是為了降低誤擦除風險
status_tFLASH_Erase(flash_config_t*config,uint32_tstart,uint32_tlengthInBytes,uint32_tkey);
//寫入函數，長度不限(僅最小寫入單元對齊限制)，函數內部自動結合Page和PUnit寫入命令做處理
status_tFLASH_Program(flash_config_t*config,uint32_tstart,uint32_t*src,uint32_tlengthInBytes);

三、LPC Flash IAP驅動設計原理

終于來到本文核心 - LPC Flash IAP 驅動了。按照我們一般經驗，首先是翻看 LPC845 用戶手冊尋找 Flash 外設，但是很遺憾，用戶手冊里并沒有 Flash 外設詳細介紹，取而代之的是 Chapter 5: LPC84x ISP and IAP 章節。因為 LPC 全系列都包含 BootROM（映射地址為 0x0F00_0000 - 0x0F00_3FFF），而 BootROM 代碼里包含了 Flash 擦寫驅動，因此官方直接推薦用戶調用 ROM 里的 Flash 驅動 API 來完成操作，而不是按照傳統方式提供直接操作 Flash 外設寄存器的 SDK 源碼。

BootROM 提供的 API 不止 Flash IAP 一個，可以在 Boot Process 章節里如下圖里找到全部 API。這里我們可以看到 Flash IAP 函數的統一入口地址是 0x0F001FF1，這在 SDK 里 LPC845_features.h 文件里有如下專門宏：

/*@briefPointertoROMIAPentryfunctions*/
#defineFSL_FEATURE_SYSCON_IAP_ENTRY_LOCATION(0x0F001FF1)

有了 IAP 入口地址，調用起來就簡單了，芯片用戶手冊里直接給了參考 C 代碼，可以看到 API 設計上將全部支持的 13 個函數集中在一起了，復用了輸入參數列表 command_param 和輸出結果列表 status_result。痞子衡之前寫過一篇 《二代 Kinetis 上的 Flash IAP 設計》，那個 API 接口設計更偏向現代嵌入式軟件開發者的習慣，而 LPC Flash IAP 接口設計是 2008 年推出來的，那時候看是超前時代。

unsignedintcommand_param[5];
unsignedintstatus_result[5];

typedefvoid(*IAP)(unsignedint[],unsignedint[]);
#defineIAP_LOCATION*(volatileunsignedint*)(0x0F001FF1)
IAPiap_entry=(IAP)IAP_LOCATION;

iap_entry(command_param,status_result);

四、LPC Flash IAP驅動快速上手

最后看一下官方驅動 SDK_2_13_0_LPCXpresso845MAXdevicesLPC845driversfsl_iap.c ，這相當于將 Flash IAP 做了二次封裝，我們重點關注如下 6 個基本函數。其中 iap_entry() 最終調用的是 ROM 中代碼，直接執行在 ROM 區域，不會和 Flash 訪問沖突，天然沒有 RWW 限制問題。

擦除函數 IAP_ErasePage()/IAP_EraseSector() 沒什么好說的，就是這個寫入函數 IAP_CopyRamToFlash() 命名有點繞，不符合一般習慣，然后需要特別注意的是寫入長度 numOfBytes 必須是 Page 倍數，且不能超過一個 Sector 大?。ǖ菍崪y可以橫跨兩個 Sector 一次性寫入多個 Page 數據，所以這僅僅是軟件代碼人為規定，不是 Flash 控制器限制）。

最后還有一個注意點就是擦寫操作都是所謂的 two step process，就是需要先調用一下 IAP_PrepareSectorForWrite() 函數才行，這個設計其實是為了降低程序跑飛出現誤擦寫的風險。

//一般初始化函數，主要是配置Flash訪問時間
voidIAP_ConfigAccessFlashTime(uint32_taccessTime);
//進入ROMIAP的入口函數
staticinlinevoidiap_entry(uint32_t*cmd_param,uint32_t*status_result);
//擦除和寫入前準備函數
status_tIAP_PrepareSectorForWrite(uint32_tstartSector,uint32_tendSector);
//擦除函數，按Page/Sector為單位
status_tIAP_ErasePage(uint32_tstartPage,uint32_tendPage,uint32_tsystemCoreClock);
status_tIAP_EraseSector(uint32_tstartSector,uint32_tendSector,uint32_tsystemCoreClock);
//寫入函數，長度最大限定為一個Sector
status_tIAP_CopyRamToFlash(uint32_tdstAddr,uint32_t*srcAddr,uint32_tnumOfBytes,uint32_tsystemCoreClock);

審核編輯：劉清