임베디드 Flash 프로그래밍 — Erase·Program·Read While Write
#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 range0 16KB 0x0800 0000 ~ 0x0800 3FFF1 16KB 0x0800 4000 ~ 0x0800 7FFF2 16KB 0x0800 8000 ~ 0x0800 BFFF3 16KB 0x0800 C000 ~ 0x0800 FFFF4 64KB 0x0801 0000 ~ 0x0801 FFFF5 128KB 0x0802 0000 ~ 0x0803 FFFF6 128KB 0x0804 0000 ~ 0x0805 FFFF7 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
- Erase 후 모든 비트는 1
- Write는 1 → 0만 가능
- 0을 1로 되돌리려면 erase 필수
- Erase 단위 = sector (16KB ~ 128KB)
- Write 단위 = byte/halfword/word/doubleword (PSIZE에 따라)
이 규칙 때문에 한 byte 수정도 해당 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_dd | PSIZE | Width |
|---|---|---|
| 1.8 - 2.1 | 00 | byte |
| 2.1 - 2.7 | 01 | halfword |
| 2.7 - 3.6 | 10 | word |
| 2.7 - 3.6 + ext Vpp | 11 | doubleword |
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=15typedef 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.
Bank 1: 현재 실행 중인 firmwareBank 2: 새 firmware OTA download 영역 ↓ 완료 후 resetBank 2에서 boot, Bank 1을 다음 download 영역으로bootloader는 boot magic과 firmware CRC를 확인하고 valid한 bank로 jump합니다. roll-back 메커니즘으로 새 firmware가 한 번도 안 booted면 자동 이전 bank 복귀.
#측정 / 동작 확인
// 일관성 확인flash_erase_sector(EE_SECTOR);
// erase 후 모두 0xFFfor (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 backflash_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 msWord 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 bank나 RAM 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.
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