Zephyr OS Nordic芯片的Flash 操作

概述

1. 软硬件环境

1.1 软件开发环境

1.2 硬件环境

2 Flash操作库函数

2.1 nRF52832的Flash

2.2 Nordic 特有的 Flash 操作

2.2.1 nrfx_nvmc_bytes_write 函数

2.2.2 nrfx_nvmc_page_erase函数

2.2.3 nrfx_nvmc_write_done_check 函数

3 操作Flash的接口函数

3.1 接口实现

3.2 函数接口

4 验证

4.1 读取Flash的参数

4.2 大容量数据读写操作

5 使用Zephyr的Flash接口实现驱动

5.1 代码实现

5.2 测试代码实现

5.3 验证功能

概述

本文主要介绍基于 Zephyr RTOS 操作 Nordic 芯片的 Flash 存储器，其主要涉及以下几个方面：Nordic 内部Flash的资源，操作Flash的接口，验证读写数据功能等内容。

1. 软硬件环境

1.1 软件开发环境

nordic提供了基于zephyr平台sdk, 其提供了大量的demo可供开发者参考和使用，同时nordi还提供一个集成的软件库工具，方便开发者安装相应的SDK和编译工具链。集成环境同时包含了其他的一些软件，非常便于进行项目开发。

软件工具	功能	版本信息
nRF Connect SDK	nordic提供基于zephyr的代码库	v2.9.0
nRF Connect SDK Toolchain	代码编译工具	v2.9.1
VS-CODE	集成开发环境	v1.99.3
nRF Connect for Desktop	nordic集成工具链	v5.1.0
nRF Connect	手机App

手机App下载地址：

https://nav.nordicsemi.com/search?query=nRF%20Connect

1.2 硬件环境

本案例是在nRF52832开发板（nRF52-DK）上实现的，该开发板nRF52832的主要特点如下：

1）板载j-link调试接口

2）引出所有 IO接口，用户可根据实际应用，外载其他设备

3）支持4个LED

4）支持4路Key接口

5）板载UART调试接口，方便打印调试信息

2 Flash操作库函数

2.1 nRF52832的Flash

在 Zephyr 的设备树中配置 Flash如下，本文以nRF52832的设备树为例：

具体设备树代码如下：

&flash0 {partitions {compatible = "fixed-partitions";#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;boot_partition: partition@0 {label = "mcuboot";reg = <0x00000000 0xc000>;};slot0_partition: partition@c000 {label = "image-0";reg = <0x0000C000 0x37000>;};slot1_partition: partition@43000 {label = "image-1";reg = <0x00043000 0x37000>;};storage_partition: partition@7a000 {label = "storage";reg = <0x0007a000 0x00006000>;};};

2.2 Nordic 特有的 Flash 操作

`2.2.1 nrfx_nvmc_bytes_write` 函数

nrfx_nvmc_bytes_write 是 Nordic 提供的用于向 Flash 写入数据的底层函数，属于 nrfx 驱动库的一部分。这个函数提供了比 Zephyr 通用 Flash API 更底层的访问方式。

函数原型

nrfx_err_t nrfx_nvmc_bytes_write(uint32_t addr, const void *p_src, uint32_t num_bytes);

参数说明

参数	类型	描述
`addr`	`uint32_t`	Flash 中要写入的目标地址
`p_src`	`const void *`	包含要写入数据的源缓冲区指针
`num_bytes`	`uint32_t`	要写入的字节数

返回值

返回 nrfx_err_t 类型，可能的值为：

NRFX_SUCCESS - 写入成功完成

NRFX_ERROR_INVALID_ADDR - 提供的地址无效

NRFX_ERROR_INVALID_LENGTH - 请求的长度无效

重要注意事项

地址对齐：

虽然函数名为 bytes_write，但实际上写入操作是以32位字为单位进行的

地址必须是4字节对齐的（addr % 4 == 0）

长度也必须是4的倍数

Flash状态：

目标区域必须已经被擦除（全为0xFF）

只能将1改为0（不能将0改为1）

中断影响：

Flash写入期间CPU会被暂停

建议在写入关键代码段时禁用中断

2.2.2 `nrfx_nvmc_page_erase函数`

nrfx_nvmc_page_erase 是 Nordic nRF 系列芯片提供的用于擦除 Flash 页面的底层函数，属于 nrfx 驱动库的一部分。这个函数执行的是对整个 Flash 页的擦除操作。

函数原型

void nrfx_nvmc_page_erase(uint32_t address);

参数说明

参数	类型	描述
`address`	`uint32_t`	要擦除的 Flash 页中的任意地址

注意事项：

页面大小：

不同 nRF 芯片的 Flash 页面大小不同

nRF51 系列：1024 字节 (1KB)

nRF52 系列：4096 字节 (4KB)

可以使用 NRF_FICR->CODEPAGESIZE 获取实际的页面大小

地址对齐：

地址参数不需要严格对齐到页面起始地址

函数会自动对齐到包含该地址的页面起始地址

擦除效果：

擦除后，整个页面的所有位将被设置为 1 (0xFF)

擦除是写入操作的必要前提

2.2.3 `nrfx_nvmc_write_done_check` 函数

nrfx_nvmc_write_done_check 是 Nordic nRF 系列芯片提供的用于检查 Flash 写入/擦除操作是否完成的辅助函数，属于 nrfx 驱动库的一部分。

函数原型

bool nrfx_nvmc_write_done_check(void);

功能说明

主要用途：

检查 NVMC (Non-Volatile Memory Controller) 是否已完成前一次 Flash 编程或擦除操作

提供非阻塞式的操作完成状态检查机制

返回值：

true：表示所有挂起的 Flash 操作已完成

false：表示 Flash 操作仍在进行中

底层原理：

通过检查 NVMC 的 READY 寄存器位来确定操作状态

对应寄存器位：NRF_NVMC->READY

3 操作Flash的接口函数

3.1 接口实现

在Zephyr OS框架下使用Flash的相关接口，需要做如下配置：

1）在.conf文件中使能Flash的操作接口

CONFIG_NRFX_NVMC=y
CONFIG_FLASH=yCONFIG_FLASH_PAGE_LAYOUT=y
CONFIG_FLASH_MAP=y

2）引用相关的头文件

#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/drivers/flash.h>
#include <nrfx_nvmc.h>

3.2 函数接口

1）写操作

u32 user_flash_write(u32 addr, const u8 *buf, u32 size)
{nrfx_nvmc_bytes_write(addr, buf, size);while(nrfx_nvmc_write_done_check() == false);return size;
}

2）读操作

u32 user_flash_read(u32 addr, u8 *buf, u32 size)
{u32 i;const uint8_t *p = (const uint8_t *)addr;for (i = 0; i < size; i ++) {*buf ++ = *p ++;}return size;
}

3）擦除操作

s8 user_flash_erase(u32 addr)
{nrfx_err_t err_code = nrfx_nvmc_page_erase(addr);if (err_code != NRFX_SUCCESS){LOG_ERR("Erase flash page(0x%08x) err_code(0x%08x)", addr, err_code);}while(nrfx_nvmc_write_done_check() == false){// wait for erase to complete}return 0;
}

4 验证

4.1 读取Flash的参数

实现函数接口如下：

void user_drv_flash_msg( void )
{flash_msg.paga_size =  nrfx_nvmc_flash_page_size_get();flash_msg.total_bytes = nrfx_nvmc_flash_size_get();flash_msg.total_page = nrfx_nvmc_flash_page_count_get();printf("Flash page size:        %d bytes \r\n", flash_msg.paga_size );printf("Total flash size:       %d bytes \r\n", flash_msg.total_bytes );printf("Total flash page count: %d \r\n ", flash_msg.total_page);
}

验证结果如下：

4.2 大容量数据读写操作

实现一个写大容量的数据函数：

#define NOR_FLASH_PAGE_SIZE      4096u8 wrflash_buff[NOR_FLASH_PAGE_SIZE];
void nor_flash_Write( u32 WriteAddr, u8 *pBuffer, u16 NumByteToWrite)   
{ u32 secpos;u16 secoff;u16 secremain;u16 i;secpos = WriteAddr/NOR_FLASH_PAGE_SIZE;secoff = WriteAddr%NOR_FLASH_PAGE_SIZE;secremain = NOR_FLASH_PAGE_SIZE-secoff;if(NumByteToWrite <= secremain)secremain = NumByteToWrite;while(1) {user_flash_read(secpos*NOR_FLASH_PAGE_SIZE, wrflash_buff, NOR_FLASH_PAGE_SIZE); for( i=0; i<secremain; i++){if(wrflash_buff[secoff+i]!=0XFF)break;  }if(i<secremain){user_flash_erase(secpos*NOR_FLASH_PAGE_SIZE);for(i=0;i<secremain;i++){wrflash_buff[i+secoff]=pBuffer[i];}user_flash_write(secpos*NOR_FLASH_PAGE_SIZE,wrflash_buff, NOR_FLASH_PAGE_SIZE);}else{user_flash_write( WriteAddr, pBuffer, secremain);}    if( NumByteToWrite == secremain)break;else{secpos++;secoff=0;pBuffer += secremain; WriteAddr += secremain;NumByteToWrite -= secremain;if( NumByteToWrite>NOR_FLASH_PAGE_SIZE )secremain = NOR_FLASH_PAGE_SIZE;elsesecremain = NumByteToWrite;	}}
}

验证函数：

u8 write_buff[1024];
u8 read_fuff[1024];
void test_flash()
{user_drv_flash_msg();for( int i = 0; i < 1024; i++ ){write_buff[i] = 0x5a;}u32 address = flash_msg.total_bytes - (flash_msg.total_page-3)*4096 - 12;nor_flash_Write(address,write_buff,  1024);// read buff user_flash_read(address, read_fuff,  1024);for( int i = 0; i < 1024; i++ ){if( read_fuff[i] != write_buff[i]){printk(" test_flash: failed \n");   return;}}printk(" test_flash: pass \n");   }

验证结果如下：

5 使用Zephyr的Flash接口实现驱动

5.1 代码实现

使用的主要接口：

#include <drivers/flash.h>// 获取 Flash 设备
const struct device *flash_dev = DEVICE_DT_GET(DT_CHOSEN(zephyr_flash_controller));// 读取数据
int flash_read(const struct device *dev, off_t offset, void *data, size_t len);// 写入数据
int flash_write(const struct device *dev, off_t offset, const void *data, size_t len);// 擦除扇区
int flash_erase(const struct device *dev, off_t offset, size_t size);

5.2 测试代码实现

u8 write_buff[1024];
u8 read_fuff[1024];const struct device *flash_dev = DEVICE_DT_GET(DT_CHOSEN(zephyr_flash_controller));void test_flash( void )
{u32 address;user_drv_flash_msg();address = flash_msg.total_bytes - (flash_msg.total_page-3)*4096;for( int i = 0; i < 1024; i++ ){write_buff[i] = 0x5a;}// 擦除一个页面 (通常4KB)flash_erase(flash_dev, address, 4096);// 写入数据flash_write(flash_dev, address, write_buff, sizeof(write_buff));// 读取验证flash_read(flash_dev, address, read_fuff, sizeof(read_fuff));for( int i = 0; i < 1024; i++ ){if( read_fuff[i] != write_buff[i]){printk(" test_flash: failed \n");   return;}}printk(" test_flash: pass \n");   
}