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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.

Bank 1: 현재 실행 중인 firmware
Bank 2: 새 firmware OTA download 영역
↓ 완료 후 reset
Bank 2에서 boot, Bank 1을 다음 download 영역으로

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.

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Modern Embedded Recipes · 48 of 152

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  83. 83Platform 드라이버 작성 — probe·remove·of_match·DT 바인딩
  84. 84mmap 4가지 모드 — Anonymous·File·Shared·Huge Page
  85. 85epoll 실전 — LT·ET·ONESHOT·EXCLUSIVE 비교
  86. 86UIO·VFIO 분석 — User-Space Driver와 IOMMU 격리
  87. 87sysfs·configfs 활용 — kobject 기반 User 인터페이스
  88. 88IRQ Affinity 튜닝 — smp_affinity·isolcpus·irqbalance
  89. 89루트 파일시스템 구축 — Buildroot 기초·Package·Toolchain
  90. 90임베디드 동적 메모리 — malloc 위험·결정성·대안 분석
  91. 91메모리 정렬과 패딩 분석 — Natural·Strict Alignment·Trap
  92. 92Cache Line Alignment — alignas·Padding·SoA 적용
  93. 93DMA-Friendly Allocator — dma_alloc_coherent·IOMMU·Pool
  94. 94Zero-Copy Pipeline — DMA-BUF·sendfile·io_uring·splice
  95. 95NUMA Memory Topology — numactl·numa_alloc·HBM 적용
  96. 96SIMD 활용 분석 — Intrinsics·Auto-Vectorization·OpenMP SIMD
  97. 97ARM NEON 심화 — Matrix Multiply·FFT·Image Filter 적용
  98. 98임베디드 스택 분석 — high-water·overflow 탐지
  99. 99임베디드 코드 크기 최적화 — -Os·LTO·Section Garbage Collection
  100. 100임베디드 전력 최적화 — Sleep Mode·Clock Gating·DVFS
  101. 101WCET 분석 기법 — Static·Measurement·Hybrid 방법론
  102. 102Lock-Free Ring Buffer 구현 — SPSC·Power-of-2·Memory Order
  103. 103Wait-Free Signaling — Atomic Flag·Sequence·Latest-Value
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  105. 105Hazard Pointer 분석 — Lock-Free Memory Reclamation
  106. 106Compare-And-Swap 패턴 — Stack·Counter·Linked List 적용
  107. 107Atomic Operation 비용 분석 — Fence·Cache Line·Contention
  108. 108Spinlock vs Mutex 결정 가이드 — Context Switch·Hold Time
  109. 109ABA 문제 회피 — Tagged Pointer·Hazard·Generation Counter
  110. 110False Sharing 해결 — Cache Line Padding·SoA 적용
  111. 111MPMC Queue 구현 — Multi-producer Multi-consumer Lock-Free
  112. 112임베디드 디버깅 마인드셋 — 가설·격리·재현·이분탐색
  113. 113JTAG·SWD 안 붙을 때 — 핀·전압·속도·세션 진단
  114. 114GDB 원격 디버깅 — OpenOCD·J-Link·target remote 구성
  115. 115Cortex-M 하드폴트 분석 — Stacked Frame·CFSR 읽기
  116. 116UART 안 찍힐 때 — Bare-metal 체크리스트
  117. 117임베디드 부팅 실패 진단 — 단계별 Isolation
  118. 118인터럽트 누락·중복 진단 — Priority·Pending·Re-entry 추적
  119. 119메모리 오버플로우·오염 진단 — Canary·MPU·Pattern 분석
  120. 120타이밍·Race 진단 — Heisenbug 잡는 법
  121. 121통신 프로토콜 분석 — Logic Analyzer와 Protocol Decoder
  122. 122임베디드 로깅 시스템 설계 — 레벨·버퍼·SWO·Deferred
  123. 123임베디드 포스트모템 분석 — Core Dump와 Field Crash
  124. 124FPGA 기초 분석 — LUT·FF·BRAM·DSP 자원 구조
  125. 125Vivado 사용법 — Project·Constraint·Synth·Impl·Bitstream
  126. 126PCIe BAR 매핑 분석 — Config Space·Enumeration·MMIO 접근
  127. 127AXI 인터페이스 — AXI4·AXI4-Lite·AXI-Stream 비교
  128. 128Zynq PS-PL 통신 — GP·HP·ACP 인터페이스 선택
  129. 129Mailbox Protocol 분석 — Host와 Accelerator를 잇는 Doorbell
  130. 130Command Queue·Submission Queue — NVMe·XDMA 공통 패턴
  131. 131DMA Completion 메커니즘 — Interrupt·Polling·Completion Ring
  132. 132PCIe Streaming 분석 — BAR Type·MSI-X·Kernel Bypass
  133. 133Vitis HLS 분석 — Pragma·Pipeline II·Dataflow 실전 감각
  134. 134HLS 최적화 기법 — Pipeline·Unroll·Partition·Dataflow
  135. 135Vitis AI 분석 — DPU·xmodel·VART
  136. 136OpenCL on FPGA — Kernel·Channel·Burst Memory 분석
  137. 137Intel Quartus 사용법 — Platform Designer·Nios II·HLS
  138. 138Edge Inference 분석 — Cloud vs Edge·Latency·Privacy
  139. 139NPU 아키텍처 분석 — Ethos·Hexagon·Systolic Array 비교
  140. 140딥러닝 Quantization 분석 — PTQ·QAT·INT8·INT4·Calibration
  141. 141TensorRT 분석 — ONNX→Engine·FP16·INT8·DLA·Multi-Stream
  142. 142TFLite Micro 분석 — Op Resolver·Tensor Arena·Cortex-M
  143. 143ONNX Runtime 분석 — Execution Provider와 Cross-Platform 배포
  144. 144Edge Thermal Management — Throttling·DVFS·Fan Curve·Sustained
  145. 145NVIDIA Jetson 분석 — Nano·Xavier·Orin·Thor·JetPack·DLA·VPI
  146. 146Zero-Copy Camera Pipeline — V4L2·DMA-BUF·GPU Import·NPU 직결
  147. 147온디바이스 LLM 추론 — llama.cpp·GGUF·MLX·KV Cache·NPU Backend
  148. 148Cortex-M33 TF-M·TrustZone — Secure Firmware·PSA·MCUboot
  149. 149Matter·Thread 분석 — IoT 통합 표준·Commissioning·Multi-Fabric
  150. 150PCIe → CXL 진화 — 같은 PHY 위 cache-coherent 프로토콜 추가
  151. 151QEMU CXL Type 3 디바이스 에뮬레이션 — 노트북에서 CXL 개발 환경 구축
  152. 152Linux CXL 드라이버 분석 — cxl_pci·cxl_core·region·DAX