STM32 音频数据的Flash读取与DAC播放

- STM32 音频数据的Flash读取与DAC播放
一、题目内容
二、Flash地址空间数据读取
- 1、原理
- 2、工程
- 3、STlink调试说明
- 4、修改
- 5、调试
三、基于片内Flash的提示音播放程序
- 1、用DAC输出周期2KHZ的正弦波
- 2、用DAC输出数字音频歌曲数据转换为模拟音频波形输出
四、实验总结
五、参考

一、题目内容

(简答题)
预备实验：
1）在SD卡创建一个test-speed.txt文件，循环（不加延时）分批一次写入256字节，累计写入不少于64KB字节；然后读取此文件数据，通过串口显示出来。分析写入和读取的速率。
2）Flash地址空间的数据读取。stm32f103c8t6只有20KB 内存（RAM）供程序代码和数组变量存放，因此，针对内部Flash的总计64KB存储空间(地址从0x08000000开始），运行一次写入8KB数据，总计复位运行代码4次，将32KB数据写入Flash。并验证写入数据的正确性和读写速率。
(用cubemx写stm32f103c8t6的内部Flash)

基于片内Flash的提示音播放程序。
1）实验数据准备：用Adobe audition或goldwave等音频编辑软件录制“您好欢迎光临！”的几秒钟的声音（8khz采样、8bit量化编码的单声道wav格式），确保音频数据尽量小（最大不超64KB）。然后编程将其分批次写入stm32f103c8t6芯片内部flash区域。
2）数字音频还原播放任务：编程读取此段音频，分别通过（a）stm32f103c8t6自带的DAC通道，转换为模拟音频进行播放，并用示波器观察波形，用耳机/喇叭收听，评判音乐还原效果；
提示：建议先用单音音频（比如2000Hz的正弦波）的wav数据进行实验，通过DAC或PCM音频模块能够基本还原出原始正弦波声音后，再用语音和音乐信号进行实验。

二、Flash地址空间数据读取

1、原理

不同型号的 STM32，其 FLASH 容量也有所不同，最小的只有 16K 字节，最大的则达到了 1024K 字节。市面上 STM32F1 开发板使用的芯片是 STM32F103系列，其 FLASH 容量一般为 512K 字节，属于大容量芯片。

Flash的编程原理都是只能将1写为0，而不能将0写为1，所以在进行Flash编程前，必须将对应的块擦除，即将该块的每一位都变为1，块内所有字节变为0xFF。

STM32F1 的闪存（Flash）模块：主存储器、信息块、闪存存储器接口寄存器。
**（1）主存储器：**该部分用来存放代码和数据常数（如 const 类型的数据）。对于大容量产品，其被划分为 256 页，每页 2K 字节。注意，小容量和中容量产品则每页只有 1K 字节。
**（2）信息块：**该部分分为 2 个小部分，其中启动程序代码，是用来存储 ST 自带的启动程序，用于串口下载代码，当 BOOT0 接 V3.3， BOOT1 接 GND 的时候，运行的就是这部分代码。用户选择字节，则一般用于配置写保护、读保护等功能。
**（3）闪存存储器接口寄存器：**该部分用于控制闪存读写等，是整个闪存模块的控制机构。对主存储器和信息块的写入由内嵌的闪存编程/擦除控制器(FPEC)管理；编程与擦除的高电压由内部产生。
在执行闪存写操作时，任何对闪存的读操作都会锁住总线，在写操作完成后读操作才能正确地进行；既在进行写或擦除操作时，不能进行代码或数据的读取操作。

除了使用外部的工具（如下载器）读写内部 FLASH 外，STM32 芯片在运行的时候，也能对自身的内部 FLASH 进行读写，因此，若内部 FLASH 存储了应用程序后还有剩余的空间，我们可以把它像外部 SPI-FLASH 那样利用起来，存储一些程序运行时产生的需要掉电保存的数据。
由于访问内部 FLASH 的速度要比外部的 SPI-FLASH 快得多，所以在紧急状态下常常会使用内部 FLASH 存储关键记录；为了防止应用程序被抄袭，有的应用会禁止读写内部FLASH 中的内容，或者在第一次运行时计算加密信息并记录到某些区域，然后删除自身的部分加密代码，这些应用都涉及到内部 FLASH 的操作。

2、工程

这里可以放上别人的网盘flash工程下载链接：https://pan.baidu.com/s/11Tn8TocHT8qithneDyKFIQ
提取码：pmvn
下载完成后打开文件夹，将路径stm32_Flash\Drivers\CMSIS\Device\ST\STM32F1xx\Include下的system_stm32f1xx_20190722_092746.h文件修改为system_stm32f1xx.h，否则后面编译会报错。

修改好后，打开工程，我们可以将想要存入Flash中的内容修改为自定义内容。

uint8_t FlashTest[] = "Hello！ 631907030416";

编译成功，没有报错

3、STlink调试说明

接线：

4、修改

在电脑上下载好响应的ST-Link驱动，上电，可以看到STLink在电脑上显示出来。

可以说明ST-Link 驱动已经安装完成。接下来只需要在 mdk 工程里面配置一下 ST-Link即可。
回到Keil下，在魔法棒Option选项卡进行设置
首先是选择调试器，如果使用的是 ST-Link，在 Debug 选项卡中，请选择ST-Link Debugger,如果你使用的是 JLINK，那么需要选择J-LINK/J-Trace Cortex。

在选择完调试器之后，点击右边的 Setting 按钮

如果右侧IDCODE有显示的话就是连接成功了

JTAG 模式和 SWD 模式使用方法都是一样的，不同的是，SWD 接口调试更加节省端口，一般情况下，为了节省更多的资源，建议大家使用 SWD 模式仿真。

之后，点红框的箭头就可以将程序烧录到stm32中
注意：使用st-link和keil进行烧录会严格检查stm32型号，如果不是对应的型号烧录会报错。

OK了

5、调试

进入debug，如果是仿真调试的话，实际操作发现数组没有产生变化。
于是又用STlink又试了一下，以下主要是STlink调试的过程。

View->memory windows->memory 1打开内存观察窗口，并在地址栏中输入：0x800c000,观察将要修改的flash区间区容：

View->Watch windows->Watch 1打开一个变量观察窗口，将变量FlashWBuff 和 FlashRBuff加入到 Watch 1 观察窗口。

全速运行程序，可以看到数组FlashRBuff中内容与数组FlashWBuff中内容一样了。

在Memory 1窗口中可以看到在FLASH地址0x0800C000区成功写入对应内容。

断电，重新上电后再次调试，程序刚停在main入口处时还可以看到Flash对应区间的内容保持上一次写入内容值。

重复读写入，这里没什么变化。

可以看一下起始位置的数据0x08000000

之后的FF说明数据没有再写入覆盖了。

通过内部flash的学习，以后基于STM32开发就可以省去一些外部flash或EEPROM了。
要想选定安全的Flash地址进行读写，可以根据自己的STM32 MCU型号，查找数据手册，确定FLASH的地址区段，因为起始段会存储代码，所以一定要避开起始段，以避免数据错误。（一般是根据Flash大小计算Flash的最末尾地址，往前推一段地址空间，在这里一般不会对代码中的数据产生覆盖等影响）

此次操作Flash使用的MCU是STM32F103C8T6，以该型号MCU为例进行描述：

在数据手册中，可以看到STM32F103C8T6的flash起始地址是0x0800 0000（如下图所示），而STM32F103C8T6的Flash大小为64K，可以计算出STM32F103C8T6的Flash地址范围是：0x0800 0000——0x0800 FFFF（计算方法参考另一篇博客：STM32内存大小与地址的对应关系以及计算方法）。这里选取0x0800 F000作为读写操作的起始地址，对于C8T6这款MCU，操作这个起始地址应该算是很安全的范围了。

三、基于片内Flash的提示音播放程序

简介：
DAC为数字/模拟转换模块，它的作用就是把输入的数字编码，转换成对应的模拟电压输出，它的功能与ADC相反。在常见的数字信号系统中，大部分传感器信号被化成电压信号，而ADC把电压模拟信号转换成易于计算机存储、处理的数字编码，由计算机处理完成后，再由DAC输出电压模拟信号，该电压模拟信号常常用来驱动某些执行器件，使人类易于感知。如音频信号的采集及还原就是这样一个过程。

STM32具有片上DAC外设，它的分辨率可配置为8位或12位的数字输入信号，具有两个DAC输出通道，这两个通道互不影响，每个通道都可以使用DMA功能，都具有出错检测能力，可外部触发。

1、用DAC输出周期2KHZ的正弦波

建议先用单音音频（比如2000Hz的正弦波）的wav数据进行实验，通过DAC或PCM音频模块能够基本还原出原始正弦波声音后，再用语言/音乐信号进行实验。
生成单音正弦波
文件—>新建—>音频文件

效果->生成->音调

文件->导出->设置导出为wav文件

用UltraEdit得到相关数据
用UltraEdit打开刚才保存的wav文件

CTRL+A，接着鼠标右键，选择十六进制复制选定视图，将内容粘贴到一个新建文件中
在新建文件中，CTRL+A，接着鼠标右键，选择范围输入起始的行号和列号，确定就选中了整个我们需要的内容
复制到notepad++中
Edit编辑->列块编辑->输入0x

这里借用DAC生成正弦波的例程代码
将内容复制到keil文件对应的位置，在下图这进行替换。

之后，编译下载，看能否观察到预期的正弦波。

2、用DAC输出数字音频歌曲数据转换为模拟音频波形输出

采样率修改

编辑好代码后，烧录，借助音频模块听听看能否还原。
这里由于没有音频播放模块。

四、实验总结

通过这次实验，我们可以了解到很多关于flash的相关知识，学到了许多课本上没有的东西，明白了要能够将理论运用到实践上去，而不是仅仅只是会理论。总之收获很大。

五、参考

https://blog.csdn.net/zhanglifu3601881/article/details/96632971
https://blog.csdn.net/qq_45748462/article/details/112392144
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/111990896
https://www.cnblogs.com/pertor/p/9484663.html
https://blog.csdn.net/zhanglifu3601881/article/details/89315359
https://blog.csdn.net/liqiang420795936/article/details/108216511

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