STM32不同型号erase兼容性对比分析

深入解析STM32 Flash擦除机制：从F1到H7的兼容性挑战与实战设计

你有没有遇到过这样的问题？——在STM32F1上跑得好好的Flash擦除代码，移植到STM32F4或STM32L4后突然失败，甚至导致系统死机、程序跑飞？

这并不是偶然。尽管它们都叫“STM32”，也都用HAL库编程，但不同系列的Flash擦除行为其实大相径庭。如果你不了解这些底层差异，轻则数据丢失，重则固件损坏。

本文将带你穿透数据手册的厚厚文档，以一线工程师的视角，深入剖析STM32主流型号在Flash擦除操作中的核心差异与陷阱，并提供一套真正可复用、跨平台的解决方案。

为什么同一个HAL_FLASHEx_Erase()函数，在不同芯片上表现完全不同？

我们先来看一个真实场景：

FLASH_EraseInitTypeDef init = {0}; init.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_PAGES; init.PageAddress = 0x08008000; init.NbPages = 1; HAL_FLASHEx_Erase(&init, &error);

这段代码在STM32F1上运行正常，但在STM32F4上却返回错误 —— 因为F4根本不再支持“按页地址擦除”！

这就是问题所在：
虽然ST提供了统一的HAL接口，但底层Flash架构的设计逻辑完全不同。不理解这一点，再多的封装也只是空中楼阁。

Flash擦除的本质：不是“写0”，而是物理重置

在深入对比前，我们必须明确一点：

Flash只能从1变成0（编程），不能从0变回1 —— 所以必须先擦除成全1状态。

这意味着：
- 写入新数据前，必须先擦除；
- 擦除是以“块”为单位进行的，无法只擦几个字节；
- 一旦启动擦除，CPU不能从中断跳转到该区域执行代码（否则会硬故障）；
- 擦除过程不可中断，耗时几十毫秒至数百毫秒。

而正是这个“块”的定义方式，成了各系列分道扬镳的关键。

不同STM32系列的Flash结构全景图

系列最小擦除单位单位大小Bank数量特色功能
STM32F1页（Page）1KB / 2KB1简单直观，适合入门
STM32F4扇区（Sector）16KB ~ 128KB1 或 2支持双Bank OTA升级
STM32L4页（Page）2KB 和 4KB 混合1 或 2支持RWW，低功耗优化
STM32H7扇区 + 超级块4KB ~ 128KB 不等2TrustZone安全隔离、高速缓存

看到没？最小单位有叫“页”的，也有叫“扇区”的；大小从4KB到128KB不等；有的按地址操作，有的必须指定编号……混乱程度堪比“方言大战”。

下面我们逐个拆解。

STM32F1：最简单的页式结构，却是最容易踩坑的起点

F1是很多人的STM32启蒙芯片，它的Flash结构非常直接：

  • 小容量：每页1KB，共64页（64KB）
  • 中/大容量：前4页各1KB，后面每页2KB（如F103RCT6有128页 × 2KB = 256KB）

擦除函数也很简单：

HAL_StatusTypeDef erase_page_f1(uint32_t addr) { HAL_FLASH_Unlock(); FLASH_EraseInitTypeDef cfg = {0}; cfg.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_PAGES; cfg.PageAddress = addr; // 直接传入地址 cfg.NbPages = 1; uint32_t error; HAL_StatusTypeDef status = HAL_FLASHEx_Erase(&cfg, &error); HAL_FLASH_Lock(); return status; }

✅优点：直观，易于理解和实现。
⚠️坑点：地址必须对齐到页边界！如果传入0x08000001，实际擦的是整个第一页（0x08000000~0x080007FF）。更危险的是，HAL不会报错，只会默默擦掉你不想要的数据。

💡建议：永远使用宏定义页边界检查：

#define IS_PAGE_ALIGNED(addr) (((addr) & (FLASH_PAGE_SIZE - 1)) == 0)

STM32F4：扇区登场，双Bank开启OTA新时代

F4开始引入“扇区”概念，并且彻底抛弃了“按地址擦除”的方式 —— 你必须告诉它：“我要擦 Sector 2”。

例如STM32F407：
- Sector 0: 16KB
- Sector 1: 16KB
- …
- Sector 5: 64KB
- Sector 6–7: 各128KB

而且注意：擦除时要指定扇区编号，而不是地址！

HAL_StatusTypeDef erase_sector_f4(uint8_t sector_num, uint8_t bank) { HAL_FLASH_Unlock(); FLASH_EraseInitTypeDef cfg = {0}; cfg.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS; cfg.Sector = sector_num; cfg.NbSectors = 1; cfg.Banks = bank; cfg.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3; // 必须设置电压范围！ uint32_t error; HAL_StatusTypeDef status = HAL_FLASHEx_Erase(&cfg, &error); HAL_FLASH_Lock(); return status; }

🚨致命细节：VoltageRange必须根据供电电压正确设置！
- Vcc=2.7V~3.6V →FLASH_VOLTAGE_RANGE_3
- 若设错，可能导致擦除失败或写保护异常！

🧠思考：如何根据地址找到对应的扇区编号？你需要自己建一张表：

typedef struct { uint32_t start; uint32_t size; } flash_sector_info_t; static const flash_sector_info_t sectors_f4[] = { {0x08000000, 0x4000}, // 16KB {0x08004000, 0x4000}, {0x08008000, 0x4000}, {0x0800C000, 0x4000}, {0x08010000, 0x4000}, {0x08020000, 0x20000}, // 128KB // ... };

然后写一个通用查找函数：

int get_sector_index(uint32_t addr) { for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE(sectors_f4); i++) { if (addr >= sectors_f4[i].start && addr < sectors_f4[i].start + sectors_f4[i].size) { return i; } } return -1; }

这才是真正的跨平台基础。

STM32L4：低功耗下的精细控制艺术

L4主打低功耗应用，比如电池供电的传感器节点。这类设备常常需要频繁保存日志或状态，因此对擦除粒度要求极高。

幸运的是，L4采用了混合页结构：
- 前8页：每页2KB（用于配置存储）
- 后续60页：每页4KB（用于程序存储）

更重要的是：支持Read-While-Write（RWW）—— 即在一个Bank擦除/编程时，可以从另一个Bank读取指令！

这意味着你可以做到：
- 在后台擦除日志区的同时继续运行主程序；
- 实现无缝固件更新；
- 提升系统响应能力。

但代价是复杂性上升：页大小不一，需精确查表定位。

此外，L4还要求：
- 擦除期间禁止进入Stop模式；
- 推荐启用SMPS（开关电源）以获得稳定Vcore；
- 使用__HAL_FLASH_CLEAR_FLAG()清除可能残留的状态标志。

STM32H7：高性能背后的超级复杂架构

如果说F1是自行车，那H7就是战斗机。

H7拥有两个独立Flash Bank（Bank1和Bank2），每个Bank最多16个扇区，总共可达2MB存储空间。扇区大小从4KB到128KB不等，布局极为灵活。

但它也带来了前所未有的挑战：

1. 地址映射复杂

Bank1:0x08000000 ~ 0x080FFFFF
Bank2:0x08100000 ~ 0x081FFFFF

你要先判断地址属于哪个Bank，再计算扇区号。

2. 缓存必须处理

H7有强大的指令缓存和预取缓冲。但在擦除前必须关闭，否则可能引发总线错误：

__HAL_FLASH_INSTRUCTION_CACHE_DISABLE(); __HAL_FLASH_DATA_CACHE_DISABLE(); __HAL_FLASH_INSTRUCTION_CACHE_RESET(); __HAL_FLASH_DATA_CACHE_RESET();

擦完后再重新使能。

3. 安全特性介入

若启用TrustZone，部分Flash区域被划为“安全区”，普通代码无权访问或擦除。此时需通过安全监控服务调用擦除。

4. 电压域选择关键

H7支持多种电压范围：
-FLASH_VOLTAGE_RANGE_1: 高速模式（1.28–2.7V）
-FLASH_VOLTAGE_RANGE_3: 标准模式（2.7–3.6V）

选错会导致操作失败！

如何构建真正可移植的Flash管理模块？

面对如此复杂的局面，我们不能再靠#ifdef STM32F1xx这种野路子了。

我们需要一个抽象层（FAL），让上层应用只需调用：

int flash_erase(uint32_t addr, uint32_t len);

而底层自动完成：
- 查找地址所属的扇区
- 判断是否跨多个扇区
- 调用对应型号的擦除函数
- 处理Bank切换、缓存禁用等细节

设计方案：设备描述符 + 函数指针

typedef struct { uint32_t start_addr; uint32_t size; } flash_sector_t; typedef struct { const flash_sector_t *sectors; uint32_t sector_count; int (*erase_fn)(uint32_t addr); // 擦除指定地址所在的扇区 void (*prepare)(void); // 擦除前准备（如关缓存） void (*restore)(void); // 擦除后恢复 } flash_device_ops_t;

然后根据不同型号注册不同的实例：

const flash_device_ops_t flash_f4_ops = { .sectors = sectors_f4, .sector_count = 8, .erase_fn = erase_sector_by_addr_f4, .prepare = NULL, .restore = NULL, }; const flash_device_ops_t flash_h7_ops = { .sectors = sectors_h7, .sector_count = 32, .erase_fn = erase_sector_by_addr_h7, .prepare = h7_flash_prepare, .restore = h7_flash_restore, };

上层统一调用：

int flash_erase(uint32_t addr, uint32_t len) { const flash_device_ops_t *ops = get_current_flash_ops(); // 动态获取当前设备配置 ops->prepare(); // 如关闭缓存 uint32_t end = addr + len; for (uint32_t a = addr; a < end; ) { const flash_sector_t *sec = find_sector_containing(a, ops); if (!sec) return -1; if (ops->erase_fn(sec->start) != 0) { ops->restore(); return -1; } a = sec->start + sec->size; // 跳到下一个扇区 } ops->restore(); return 0; }

这套设计不仅解决了兼容性问题，还为未来扩展留足空间 —— 加入U5、G0等新型号，只需新增一个flash_device_ops_t实例即可。

工程师必备的五大实战技巧

  1. 永远不要假设地址对齐
    使用工具函数验证：
    c static inline bool is_aligned_to_sector(uint32_t addr, uint32_t size) { return (addr % size) == 0; }

  2. 启用看门狗防卡死
    擦除可能持续上百毫秒，务必喂狗：
    c while (__HAL_FLASH_GET_FLAG(FLASH_FLAG_BSY)) { HAL_IWDG_Refresh(&hiwdg); HAL_Delay(1); }

  3. 保留参数区要用链接脚本
    在.ld文件中预留一块Flash不被链接器使用：
    ld MEMORY { FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 1M - 4K PARAM (r) : ORIGIN = 0x080FF000, LENGTH = 4K }

  4. 高频擦写要做磨损均衡
    对于日志类应用，不要固定擦同一块，应轮换使用多个扇区。

  5. 调试时记录擦除日志
    c LOG("Erasing sector at 0x%08X, size=%dKB", addr, size>>10);
    可帮助发现误擦、重复擦等问题。

写在最后：兼容性的本质是认知深度

你会发现，ST虽然提供了HAL库，但真正的差异藏在数据手册的表格里、在参考手册的角落中、在每一个未被注释的寄存器位中。

F1简单易用，却不具备现代MCU的灵活性；
F4引入双Bank，打开了OTA的大门；
L4精细化控制，服务于低功耗世界；
H7集大成者，但也把复杂性推到了极致。

作为嵌入式开发者，我们的任务不仅是“让代码跑起来”，更是要理解硬件的行为边界。

当你能在F1、F4、L4、H7之间自由切换Flash操作而不犯错时，你就不再是“调API的人”，而是真正掌控系统的工程师。

如果你正在做多型号兼容项目，或者打算开发Bootloader、OTA模块，不妨从今天开始重构你的Flash管理模块 —— 把它做成一个真正健壮、可移植的核心组件。

毕竟，可靠的固件，始于一次正确的擦除。

欢迎在评论区分享你在STM32 Flash擦除中踩过的坑，我们一起避坑前行。

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