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Modern Embedded Recipes · 47/152

임베디드 Flash 프로그래밍 — Erase·Program·Read While Write

· Hawk · 5분 읽기

#한 줄 요약

“Erase가 1, write가 0. 한 번 쓴 비트는 erase 없이 다시 못 씁니다.” Flash의 핵심 한 줄.

#어떤 상황에서 쓰나

전원이 꺼져도 설정값이 살아 있어야 하면 internal Flash에 저장합니다. WiFi credential, calibration data, 일련번호, OTA bootloader image — 모두 Flash 영역을 쪼개 보관합니다. 외부 EEPROM이 없는 보드에서는 Flash 일부 영역을 EEPROM처럼 쓰는 emulation 기법이 필수입니다.

이 글은 STM32F4 internal Flash를 erase·write하는 절차, EEPROM emulation 패턴, dual bank Flash와 OTA bootloader의 기본을 다룹니다.

#핵심 개념

#Flash 구조 — STM32F411 기준

Sector Size Address range
0 16KB 0x0800 0000 ~ 0x0800 3FFF
1 16KB 0x0800 4000 ~ 0x0800 7FFF
2 16KB 0x0800 8000 ~ 0x0800 BFFF
3 16KB 0x0800 C000 ~ 0x0800 FFFF
4 64KB 0x0801 0000 ~ 0x0801 FFFF
5 128KB 0x0802 0000 ~ 0x0803 FFFF
6 128KB 0x0804 0000 ~ 0x0805 FFFF
7 128KB 0x0806 0000 ~ 0x0807 FFFF
(512 KB total)

sector size가 불균등합니다. EEPROM emulation은 보통 sector 1, 2 (16KB)를 씁니다 — 작은 단위로 erase 가능.

#Erase / Write 규칙

  1. Erase 후 모든 비트는 1
  2. Write는 1 → 0만 가능
  3. 0을 1로 되돌리려면 erase 필수
  4. Erase 단위 = sector (16KB ~ 128KB)
  5. Write 단위 = byte/halfword/word/doubleword (PSIZE에 따라)

이 규칙 때문에 한 byte 수정해당 sector 전체 erase 후 재기록이 필요합니다.

#Programming time

Erase:

  • 16 KB sector: ~400 ms
  • 64 KB sector: ~1.1 s
  • 128 KB sector: ~2.5 s

Write:

  • word (4 bytes): 16 µs (V_dd 2.73.6 V)
  • doubleword: ~30 µs

erase는 수십 ms, 다른 모든 IRQ가 막힙니다 (CPU stall). 운영 중 erase는 신중히 결정.

#Voltage range — PSIZE 결정

V_ddPSIZEWidth
1.8 - 2.100byte
2.1 - 2.701halfword
2.7 - 3.610word
2.7 - 3.6 + ext Vpp11doubleword

대부분의 보드는 3.3 V → PSIZE = 10 (word). 잘못 설정하면 write 실패 또는 corruption.

#코드 예제

#1. Unlock / Lock

Flash는 PIN 두 개 sequence로 unlock합니다.

#define FLASH_KEY1 0x45670123u
#define FLASH_KEY2 0xCDEF89ABu
static void flash_unlock(void) {
if (FLASH->CR & FLASH_CR_LOCK) {
FLASH->KEYR = FLASH_KEY1;
FLASH->KEYR = FLASH_KEY2;
}
}
static void flash_lock(void) {
FLASH->CR |= FLASH_CR_LOCK;
}

#2. Sector erase

int flash_erase_sector(uint8_t sector) {
while (FLASH->SR & FLASH_SR_BSY);
FLASH->SR = FLASH_SR_EOP | FLASH_SR_OPERR | FLASH_SR_WRPERR
| FLASH_SR_PGAERR | FLASH_SR_PGPERR | FLASH_SR_PGSERR;
flash_unlock();
FLASH->CR &= ~FLASH_CR_PSIZE;
FLASH->CR |= (2u << 8); // PSIZE = word (3.3V)
FLASH->CR &= ~(0x1F << 3);
FLASH->CR |= FLASH_CR_SER | (sector << 3);
FLASH->CR |= FLASH_CR_STRT;
while (FLASH->SR & FLASH_SR_BSY);
FLASH->CR &= ~FLASH_CR_SER;
flash_lock();
return (FLASH->SR & 0xF0) ? -1 : 0;
}

#3. Word write

int flash_write_word(uint32_t addr, uint32_t data) {
while (FLASH->SR & FLASH_SR_BSY);
flash_unlock();
FLASH->CR &= ~FLASH_CR_PSIZE;
FLASH->CR |= (2u << 8); // word
FLASH->CR |= FLASH_CR_PG;
*(volatile uint32_t *)addr = data;
while (FLASH->SR & FLASH_SR_BSY);
FLASH->CR &= ~FLASH_CR_PG;
flash_lock();
return (*(volatile uint32_t *)addr == data) ? 0 : -1;
}

PG bit를 set한 후 target address에 직접 store하면 write가 일어납니다.

#4. EEPROM emulation — append-only log

erase 횟수를 최소화하기 위해 append만 하고, 가득 차면 compact합니다.

Sector 1 (16 KB):
+--------+--------+--------+--------+--------+
| key=A | key=B | key=A | key=C | empty |
| val=10 | val=20 | val=15 | val=30 | 0xFFFF |
+--------+--------+--------+--------+--------+
read(A) → 마지막에서 역방향 search → val=15
typedef struct {
uint16_t key;
uint16_t value;
uint32_t magic; // 0xDEAD_BEEF when written
} ee_entry_t;
#define EE_SECTOR 1
#define EE_BASE 0x08004000UL
#define EE_END 0x08008000UL
uint16_t ee_read(uint16_t key) {
ee_entry_t *p = (ee_entry_t *)(EE_END - sizeof(ee_entry_t));
while ((uint32_t)p >= EE_BASE) {
if (p->magic == 0xDEADBEEFu && p->key == key) {
return p->value;
}
p--;
}
return 0xFFFF; // not found
}
int ee_write(uint16_t key, uint16_t val) {
ee_entry_t *p = (ee_entry_t *)EE_BASE;
while ((uint32_t)p < EE_END) {
if (p->magic == 0xFFFFFFFFu) {
// empty slot
ee_entry_t entry = {.key=key, .value=val, .magic=0xDEADBEEFu};
flash_write_word((uint32_t)&p->key,
((uint32_t)val << 16) | key);
flash_write_word((uint32_t)&p->magic, 0xDEADBEEFu);
return 0;
}
p++;
}
return -1; // full — need compact
}

compact는 valid entry만 새 sector에 copy 후 원본 sector erase하는 방식. STM32CubeF4의 EEPROM emulation library가 표준 구현.

#5. Dual bank — OTA bootloader

STM32F4 일부 (F427/429/437/439), F7, H7는 bank A + bank B로 나뉜 Flash를 가집니다. 한 bank에서 실행하면서 다른 bank에 새 firmware를 쓸 수 있습니다.

Bank역할
Bank 1현재 실행 중인 firmware
Bank 2새 firmware OTA download 영역

download가 끝나면 reset하고 Bank 2에서 boot합니다. 이제 Bank 1이 다음 download 영역이 됩니다.

bootloader는 boot magicfirmware CRC를 확인하고 valid한 bank로 jump합니다. roll-back 메커니즘으로 새 firmware가 한 번도 안 booted면 자동 이전 bank 복귀.

#측정 / 동작 확인

// 일관성 확인
flash_erase_sector(EE_SECTOR);
// erase 후 모두 0xFF
for (uint32_t a = EE_BASE; a < EE_END; a += 4) {
if (*(volatile uint32_t *)a != 0xFFFFFFFFu) {
printf("Erase failed at %08lx\n", a);
break;
}
}
// write + read back
flash_write_word(EE_BASE, 0xDEADBEEFu);
if (*(volatile uint32_t *)EE_BASE != 0xDEADBEEFu) {
printf("Write failed\n");
}

erase가 수백 ms 걸리므로 SysTick으로 측정합니다.

Sector 1 (16 KB) erase: 412 ms
Word write × 4096: 76 ms total (18 µs each)

#자주 보는 함정

⚠️ Erase 안 한 영역에 write

이미 0이 있는 비트를 1로 다시 쓰려는 것 → write 실패, PGAERR/PGSERR set. erase가 선행되어야 합니다.

⚠️ Code가 실행 중인 sector를 erase

자기 sector를 지우면 fetch 자체가 깨져 hardfault. 반대편 bankRAM 실행 필요. EEPROM emulation은 항상 code와 분리된 sector를 씁니다.

⚠️ PSIZE 잘못 설정

3.3V 보드에 PSIZE = byte로 두면 write 실패. datasheet의 voltage 표 확인.

⚠️ IRQ가 erase 중 들어옴

erase 중 IRQ는 들어올 수 있지만 그 ISR이 Flash read를 시도하면 stall. ISR을 RAM에 배치하거나 erase 동안 critical section.

⚠️ Linker가 reserved 영역을 안 비움

EEPROM emulation에 쓸 sector를 linker script의 .text가 사용해 버리면 코드가 덮어 씁니다. linker script에서 명시적으로 reserve.

MEMORY {
FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 16K /* boot */
EEPROM (rw) : ORIGIN = 0x08004000, LENGTH = 32K /* reserved */
APP (rx) : ORIGIN = 0x0800C000, LENGTH = 464K
}

⚠️ Wear-out

Flash는 10,000 ~ 100,000회 erase 한도. 매 초마다 EEPROM write하면 몇 달 만에 마모. wear leveling이 필요한 사용 시나리오면 append-only + compact 패턴.

#정리

  • Flash는 erase 1 → write 0. 한 번 쓴 비트는 erase 없이 못 되돌림.
  • Erase 단위 = sector (16K~128K), write 단위 = word (3.3V) 기준.
  • EEPROM emulation은 append-only log + compact 패턴이 표준.
  • Dual bank는 OTA에 핵심 — 한 bank 실행 + 다른 bank write.
  • PSIZE는 voltage에 맞춰, 자기 sector erase 금지, wear-out 고려.

다음 편부터 Part 5 — Peripheral 제어입니다. PWM, motor, display, sensor, CAN, USB, Ethernet, SD card, RTC를 다룹니다.

#관련 항목

Modern Embedded Recipes · 48 of 152

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  4. 4 GPIO 내부 구조 분해 — Push-Pull·Open-Drain·Schmitt Trigger
  5. 5 UART 하드웨어 동작 분석 — Baud Rate·Framing·FIFO
  6. 6 SPI 하드웨어 분석 — Clock Mode·MOSI/MISO·Chip Select
  7. 7 I2C 하드웨어 분석 — Open-Drain·Clock Stretching·Arbitration
  8. 8 ADC 동작 원리 — SAR·Sigma-Delta·Pipelined 비교
  9. 9 DAC 동작 원리 — R-2R Ladder·Sigma-Delta·Settling Time
  10. 10 PWM 신호 생성 분석 — Duty·Frequency·Dead Time·Center-Aligned
  11. 11 CAN 버스 전기적 특성 — Differential·Termination·Dominant/Recessive
  12. 12 RS-485·RS-422 차동 신호 분석 — Termination·Biasing·Topology
  13. 13 LVDS 차동 신호 분석 — Common-Mode·Impedance·Eye Pattern
  14. 14 ARM Cortex-M 시리즈 비교 — M0·M3·M4·M7·M33·M55 분석
  15. 15 ARM Cortex-A 시리즈 비교 — A53·A55·A72·A78·X1 분석
  16. 16 ARM 레지스터 구조 분석 — R0~R15·CPSR·SPSR·Banked Registers
  17. 17 Cortex-M 예외 처리 — Vector Table·NVIC·Tail-Chaining 추적
  18. 18 ARM 메모리 맵 분석 — Normal·Device·Strongly-Ordered Region
  19. 19 ARM L1·L2 캐시 분석 — Set Associative·Inclusive·Maintenance
  20. 20 ARM MPU 활용 — Region·Attribute·Privilege Separation
  21. 21 ARM MMU 기초 분석 — Translation Table·TLB·ASID
  22. 22 ARM TrustZone-M 기초 — Secure/Non-Secure·NSC·MPC
  23. 23 ARM Memory Barrier 실전 — DMB·DSB·ISB·DMA·MMIO
  24. 24 임베디드 크로스 컴파일러 분석 — GCC·Clang·Sysroot 구성
  25. 25 C 컴파일 4단계 — Preprocess·Compile·Assemble·Link 추적
  26. 26 ELF 파일 구조 분석 — Section·Segment·Symbol Table·DWARF
  27. 27 링커 스크립트 기초 — SECTIONS·MEMORY·entry point
  28. 28 링커 스크립트 고급 — Overlay·BSS·init_array·LMA/VMA
  29. 29 임베디드 스타트업 코드 분석 — Reset_Handler·Vector Table·SystemInit
  30. 30 C 런타임 crt0 분석 — Stack·BSS Zero·Data Copy·atexit
  31. 31 임베디드 메모리 레이아웃 — .text·.rodata·.data·.bss·.heap·.stack
  32. 32 임베디드 컴파일러 최적화 분석 — -O0~-O3·-Os·-LTO 비교
  33. 33 Map 파일 분석 — Symbol·Section·Size 추적으로 코드 크기 진단
  34. 34 Make·CMake 크로스 컴파일 — Toolchain File·Sysroot 통합
  35. 35 임베디드 Bootloader 체인 — BootROM·SPL·U-Boot·Kernel·Secure Boot
  36. 36 첫 bare-metal 프로그램 작성 — Linker·Startup·main의 최소 구성
  37. 37 MMIO 레지스터 직접 접근 — volatile·Memory Map·Aliasing 분석
  38. 38 GPIO 드라이버 직접 구현 — STM32 HAL 없이 레지스터로
  39. 39 임베디드 클럭 설정 분석 — HSE·PLL·SYSCLK·AHB/APB 분주
  40. 40 Cortex-M 인터럽트 핸들링 — NVIC·Priority·Vector·EXTI
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  42. 42 UART 드라이버 구현 — polling·interrupt·DMA 3가지 방식 비교
  43. 43 SPI 드라이버 구현 — Master·Slave·CRC·DMA
  44. 44 I2C 드라이버 구현 — Master·7-bit/10-bit·Clock Stretching 처리
  45. 45 임베디드 DMA 기초 — Memory-to-Memory·Peripheral·Circular Mode
  46. 46 저전력 모드 분석 — Sleep·Stop·Standby·Wake-up Source
  47. 47 IWDG·WWDG 워치독 구현 — Independent vs Window 비교
  48. 48 임베디드 Flash 프로그래밍 — Erase·Program·Read While Write
  49. 49 DDR 초기화 실패 진단 — Timing·Calibration·Walking Bit Test
  50. 50 PWM 출력 실전 — LED 밝기·모터 속도 제어
  51. 51 DC 모터 제어 — H-Bridge·PWM Duty·Encoder Feedback
  52. 52 스테퍼 모터 제어 — Full Step·Half Step·Microstepping
  53. 53 서보 모터 제어 — PWM 1ms~2ms·Closed Loop·PID
  54. 54 Character LCD 제어 — HD44780·4-bit Mode·Custom Char
  55. 55 SPI OLED 제어 — SSD1306·Frame Buffer·Page 단위 갱신
  56. 56 TFT 디스플레이 구동 — RGB565·FSMC·LTDC·DMA2D
  57. 57 환경 센서 활용 — BME280 온습압·SHT3x·BMP180 비교
  58. 58 IMU 센서 활용 — MPU6050·LSM6DSO·Sensor Fusion
  59. 59 CAN 통신 구현 — bxCAN·Filter·Mailbox·CAN-FD
  60. 60 USB Device 기초 — Descriptor·Enumeration·Endpoint·HID/CDC
  61. 61 Ethernet MAC+PHY 통합 — RMII·lwIP·DMA Descriptor
  62. 62 SD Card + FatFs 구현 — SPI/SDIO 모드·CSD/CID·Wear
  63. 63 RTC 활용 — Calendar·Alarm·Wake-up Timer·Backup Domain
  64. 64 RTOS 도입 결정 분석 — Super Loop vs RTOS 트레이드오프
  65. 65 RTOS Task 설계 패턴 — 우선순위·스택·State Machine
  66. 66 RTOS Scheduler 동작 분석 — Tick·Context Switch·Yield
  67. 67 RTOS Semaphore 활용 — Binary·Counting·ISR Give
  68. 68 RTOS Mutex 활용 — Recursive·Priority Inheritance 적용
  69. 69 RTOS Queue 활용 — By-Value·By-Reference·Timeout 패턴
  70. 70 RTOS Event Group 활용 — Bit Wait·Sync·Notify
  71. 71 RTOS Software Timer 활용 — One-shot·Auto-reload·Daemon Task
  72. 72 ISR-Safe API 설계 — Reentrant·Atomic·Defer 패턴
  73. 73 Priority Inversion 진단·예방 — Mars Pathfinder Lesson 추적
  74. 74 Timer Wheel 분석 — Hashed·Hierarchical·O(1) Tick
  75. 75 RTOS 디버깅 기법 — Tracealyzer·SystemView·Stack 추적
  76. 76 임베디드 Linux 부팅 흐름 분석 — BootROM·U-Boot·Kernel·init
  77. 77 U-Boot 활용 — bootcmd·env·tftp·boot.scr 분석
  78. 78 Device Tree 실전 — DTS·DTB·Overlay·Phandle 추적
  79. 79 Device Tree Overlay 적용 — Runtime fragment·dtoverlay
  80. 80 임베디드 커널 빌드 — defconfig·menuconfig·Image·zImage
  81. 81 커널 모듈 기초 — init/exit·Parameter·KBuild·DKMS
  82. 82 캐릭터 드라이버 작성 — file_operations·cdev·register_chrdev
  83. 83 Platform 드라이버 작성 — probe·remove·of_match·DT 바인딩
  84. 84 mmap 4가지 모드 — Anonymous·File·Shared·Huge Page
  85. 85 epoll 실전 — LT·ET·ONESHOT·EXCLUSIVE 비교
  86. 86 UIO·VFIO 분석 — User-Space Driver와 IOMMU 격리
  87. 87 sysfs·configfs 활용 — kobject 기반 User 인터페이스
  88. 88 IRQ Affinity 튜닝 — smp_affinity·isolcpus·irqbalance
  89. 89 루트 파일시스템 구축 — Buildroot 기초·Package·Toolchain
  90. 90 임베디드 동적 메모리 — malloc 위험·결정성·대안 분석
  91. 91 메모리 정렬과 패딩 분석 — Natural·Strict Alignment·Trap
  92. 92 Cache Line Alignment — alignas·Padding·SoA 적용
  93. 93 DMA-Friendly Allocator — dma_alloc_coherent·IOMMU·Pool
  94. 94 Zero-Copy Pipeline — DMA-BUF·sendfile·io_uring·splice
  95. 95 NUMA Memory Topology — numactl·numa_alloc·HBM 적용
  96. 96 SIMD 활용 분석 — Intrinsics·Auto-Vectorization·OpenMP SIMD
  97. 97 ARM NEON 심화 — Matrix Multiply·FFT·Image Filter 적용
  98. 98 임베디드 스택 분석 — high-water·overflow 탐지
  99. 99 임베디드 코드 크기 최적화 — -Os·LTO·Section Garbage Collection
  100. 100 임베디드 전력 최적화 — Sleep Mode·Clock Gating·DVFS
  101. 101 WCET 분석 기법 — Static·Measurement·Hybrid 방법론
  102. 102 Lock-Free Ring Buffer 구현 — SPSC·Power-of-2·Memory Order
  103. 103 Wait-Free Signaling — Atomic Flag·Sequence·Latest-Value
  104. 104 RCU (Read-Copy-Update) 기초 — Quiescent State·Grace Period
  105. 105 Hazard Pointer 분석 — Lock-Free Memory Reclamation
  106. 106 Compare-And-Swap 패턴 — Stack·Counter·Linked List 적용
  107. 107 Atomic Operation 비용 분석 — Fence·Cache Line·Contention
  108. 108 Spinlock vs Mutex 결정 가이드 — Context Switch·Hold Time
  109. 109 ABA 문제 회피 — Tagged Pointer·Hazard·Generation Counter
  110. 110 False Sharing 해결 — Cache Line Padding·SoA 적용
  111. 111 MPMC Queue 구현 — Multi-producer Multi-consumer Lock-Free
  112. 112 임베디드 디버깅 마인드셋 — 가설·격리·재현·이분탐색
  113. 113 JTAG·SWD 안 붙을 때 — 핀·전압·속도·세션 진단
  114. 114 GDB 원격 디버깅 — OpenOCD·J-Link·target remote 구성
  115. 115 Cortex-M 하드폴트 분석 — Stacked Frame·CFSR 읽기
  116. 116 UART 안 찍힐 때 — Bare-metal 체크리스트
  117. 117 임베디드 부팅 실패 진단 — 단계별 Isolation
  118. 118 인터럽트 누락·중복 진단 — Priority·Pending·Re-entry 추적
  119. 119 메모리 오버플로우·오염 진단 — Canary·MPU·Pattern 분석
  120. 120 타이밍·Race 진단 — Heisenbug 잡는 법
  121. 121 통신 프로토콜 분석 — Logic Analyzer와 Protocol Decoder
  122. 122 임베디드 로깅 시스템 설계 — 레벨·버퍼·SWO·Deferred
  123. 123 임베디드 포스트모템 분석 — Core Dump와 Field Crash
  124. 124 FPGA 기초 분석 — LUT·FF·BRAM·DSP 자원 구조
  125. 125 Vivado 사용법 — Project·Constraint·Synth·Impl·Bitstream
  126. 126 PCIe BAR 매핑 분석 — Config Space·Enumeration·MMIO 접근
  127. 127 AXI 인터페이스 — AXI4·AXI4-Lite·AXI-Stream 비교
  128. 128 Zynq PS-PL 통신 — GP·HP·ACP 인터페이스 선택
  129. 129 Mailbox Protocol 분석 — Host와 Accelerator를 잇는 Doorbell
  130. 130 Command Queue·Submission Queue — NVMe·XDMA 공통 패턴
  131. 131 DMA Completion 메커니즘 — Interrupt·Polling·Completion Ring
  132. 132 PCIe Streaming 분석 — BAR Type·MSI-X·Kernel Bypass
  133. 133 Vitis HLS 분석 — Pragma·Pipeline II·Dataflow 실전 감각
  134. 134 HLS 최적화 기법 — Pipeline·Unroll·Partition·Dataflow
  135. 135 Vitis AI 분석 — DPU·xmodel·VART
  136. 136 OpenCL on FPGA — Kernel·Channel·Burst Memory 분석
  137. 137 Intel Quartus 사용법 — Platform Designer·Nios II·HLS
  138. 138 Edge Inference 분석 — Cloud vs Edge·Latency·Privacy
  139. 139 NPU 아키텍처 분석 — Ethos·Hexagon·Systolic Array 비교
  140. 140 딥러닝 Quantization 분석 — PTQ·QAT·INT8·INT4·Calibration
  141. 141 TensorRT 분석 — ONNX→Engine·FP16·INT8·DLA·Multi-Stream
  142. 142 TFLite Micro 분석 — Op Resolver·Tensor Arena·Cortex-M
  143. 143 ONNX Runtime 분석 — Execution Provider와 Cross-Platform 배포
  144. 144 Edge Thermal Management — Throttling·DVFS·Fan Curve·Sustained
  145. 145 NVIDIA Jetson 분석 — Nano·Xavier·Orin·Thor·JetPack·DLA·VPI
  146. 146 Zero-Copy Camera Pipeline — V4L2·DMA-BUF·GPU Import·NPU 직결
  147. 147 온디바이스 LLM 추론 — llama.cpp·GGUF·MLX·KV Cache·NPU Backend
  148. 148 Cortex-M33 TF-M·TrustZone — Secure Firmware·PSA·MCUboot
  149. 149 Matter·Thread 분석 — IoT 통합 표준·Commissioning·Multi-Fabric
  150. 150 PCIe → CXL 진화 — 같은 PHY 위 cache-coherent 프로토콜 추가
  151. 151 QEMU CXL Type 3 디바이스 에뮬레이션 — 노트북에서 CXL 개발 환경 구축
  152. 152 Linux CXL 드라이버 분석 — cxl_pci·cxl_core·region·DAX