STM32架构相关

整理了一下STM32相关的底层结构，有助于消化理解

先上几张图片（主要参照STM3210x系列）

1.芯片结构组成图：

 

2.STM32内部结构：

 

3.Cortex-M3模块结构图：

 

4.STM3210X内部结构：

桥：

四个主动单元 :

        M3内核的ICode总线(I-bus)、DCode总线(D-bus)、 系统总线(S-bus)、DMA(DMA1、DMA2、以太网DMA) 

 

四个被动单元 :

        内部SRAM、内部闪存、FSMC、AHB到APB桥 

 

ICode总线 :

        将M3内核的指令总线与FLASH指令接口相连，用于指令预取

 

DCode总线:

        将M3内核的数据总线与FLASH数据接口相连，常量加载和调试 

 

系统总线 :

        将M3内核的系统总线与总线矩阵相连，协调内核与DMA访问 

 

DMA总线: 

        将DMA的AHB主控接口与总线矩阵相连，协调CPU的DCode和DMA到SRAM、闪存、外设的访问

 

总线矩阵:

        协调内核系统总线和DMA主控总线间的访问仲裁，仲裁采用轮换算法

        包含DCode、系统总线、DMA1和DMA2总线、被动单元 

 

AHB到APB桥 :

        两个AHB/APB桥在AHB和两个APB总线间提供同步连接

        APB1速度限于36MHz，APB2全速最高72MHz

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一、时钟结构(时钟和复位模块，如参考上半部分所示)

系统复位后，所有外设全部关闭，但 SRAM 和 FLASH接口（FLITF）除外。

使用外设之前需打开该外设时钟，设置 RCC——AHBENR 寄存器 。

 

 

二、存储结构 ：（参考上半部分）

*存储组织：

        Cortex-M3的存储系统采用统一编址方式，小端方式 4GB 的线性地址空间内，

　　　寻址空间被分成 8 个主块 block0-block7 ，每块512MB。

 

        片内Flash： 从 0x00000000开始（绝对来讲是从0x08000000开始，到0x0800x xxxx结束，程序就烧到里面。）

        片内SRAM：从 0x20000000开始（用来保存程序运行时产生的临时数据的随机存储器，运行时变量，堆栈的存放的地方）

        包括： 

                代码空间 

                数据空间 

                位段、位段别名 

                寄存器 

                片上外设 

                外部存储器 

                外部外设

      拓展延伸：e2prom ，存储掉电需要保存的数据；fsmc总线还可以扩展nor 和nand；

 

 

*FLASH：

由 Main Block 和 Information Block组成

            Main Block：

            存放用户程序，最高512KB 

            地址范围：0x0800 0000 – 0x0807 FFFF 

            小容量：16K-32K，最大4Kx64bit，共32x1K页

            中容量：64K-128K，最大16Kx64bit，共128x1K页 

            大容量：256K-512K，最大64Kx64bit，共256x2K页 

            小容量：16K-32K，最大4Kx64bit，共32x1K页 

            互联型：最大32Kx64bit，共128x2K页

             Information Block：

         System Memory 2KB：0x1FFF F000 – 0x1FFF F7FF ISP Bootloader程序 

         Option Bytes 16B：0x1FFF F800 – 0x1FFF F80F

 

*SRAM： 

        最大64KB 

        地址范围：0x2000 0000 – 0x2000 FFFF

 

*片上外设地址映射：

 

 

*位段(bit-band)、位段别名 ：

  M3存储空间中包括两个位段区，该区域即可字操作，又可位操作

            SRAM最低1MB空间： 0x2000 0000 – 0x200F FFFF 

            外设最低1MB空间：0x4000 0000 – 0x400F FFFF 

  a.为方便位段区的操作，安排了两个32M的位段别名区

  b.位段区中每一位 映射 位段别名区中的一个字

  c.通过对别名区中某个字的读写操作，可以实现对位段区中某一位的读写操作

    别名区，2个32MB：

        SRAM：0x2200 0000 – 0x21FF FFFF 

        外设：0x4200 0000 – 0x41FF FFFF

  位段别名区中的字与位段区的位映射公式：

    bit_word_addr =  bit_band_base + (byte_offset x 32) + bit_number x 4

    例如：SRAM位段区中地址0x20000300字节中位2

            0x22006008 = 0x22000000 + (0x300 x 32) + (2 x 4)

    

    对别名区中某个字进行写操作：该字的第 0 位将影响位段区中对应的位

    对别名区中某个字进行读操作：若位段区中对应的位为 0 则读的结果为 0x0 ，若位段区中对应的位为 1 则读的结果为 0x1

    PS: 对别名区的读写可以实现对位段区中每一位的原子操作，而且仅只需要一条指令即可实现

 

 

*启动模式 :

        STM32系统启动区：0x0000 0000 – 0x0007 FFFF，512KB

        系统启动之后： CPU从位于0x0000 0000地址处的启动区开始执行代码

        该区实际既无FLASH，也无SRAM，通过引导配置后，将实际引导区映射到启动区

        系统复位后，在SYSCLK第4个上升沿，BOOT管脚的状态被保存，用户通过设置BOOT1，BOOT0的引脚状态选择启动模式

        CPU从位于0x0000 0000地址处的启动区开始执行代码

                 0x0000 0000 实际是SP 

                 0x0000 0004 是执行代码的地址

         即使被映射到启动区，仍然可以在原存储空间访问相关存储器     

         从待机模式退出后，BOOT引脚状态被重新保存，待机时，BOOT管脚需保持

    

　　 STM32F10x通过配置 BOOT[1:0]引脚选择三种不同启动模式

 

三、片上外设

STM32F10x外设

 

 

STM32F103xx增强型大容量外设

 

四、GPIO结构

共?(5) x 16个I/O口: 

• PA0 ～ PA15 
• PB0 ～ PB15 
• PC0 ～ PC15 
• PD0 ～ PD15 
• PE0 ～ PE15

3.3V与5V兼容:

• PA8 ～ PA15 
• PB2 ～ PB4、 PB6 ～PB15
• PC6 ～ PC12 
• PD0 ～ PD15 
• PE0 ～ PE15

仅支持3.3V:

• PA0 ～ PA7，兼做 ADC_IN0 ～ ADC_IN7 
• PB0 ～ PB1，兼做 ADC_IN8 ～ ADC_IN9
• PB5 
• PC0 ～ PC5，兼做 ADC_IN10 ～ ADC_IN15 
• PC13 ～ PC15

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引脚 （48 64  ...）

开发工具 

 

STM32系列的优点

   先进的内核结构，STM32系列使用了ARM最新的、先进架构Cortex-M3内核

           优秀的功耗控制，STM32处理器具有三种低功耗模式

                   运行模式时使用高效的动态耗电机制，在Flash中以72MHz全速运行时，如果开启外部时钟，处理器仅耗电27mA 

                    待机状态时极低耗电，典型值2uA 

                    电池供电时，提供低电压2.0～3.6V工作能力

           灵活的时钟控制机制，用户可以根据自己所需的耗电/性能要求进行合理优化

           RTC可独立供电，外接纽扣电池供电

 

  性能出众而且功能创新的片上外设

        STM32 处理器片上外设的优势来源于双 APB 总线结构

        其中有一个高速 APB，速度可达CPU 的运行频率，连接到该总线上的外设能以更高的速度运行

                USB:   12Mbit/s         

                USART:  4.5Mbit/s 

                PI:   18Mbit/s       

                IIC:    400kHz 

                GPIO:  18MHz翻转       

                PWM:    定时器72MHz输入

         针对 MCU 应用中最常见的电机控制，STM32 对片上外围设备进行一些功能创新

                 内嵌适合三相无刷电机控制的定时器和ADC

                 高级PWM定时器提供：

                         6路PWM输出    -> 死去产生     -> 边沿对齐和中心对齐波形 

                        编码器输入     -> 霍尔传感器   -> 完整的向量控制环 紧急故障停机、

                        可与2路ADC同步、与其它定时器同步 可编程防范机制可用于防止对寄存器的非法写入

                双通道ADC采样/保持，12位1uS，连续/独立模式，多触发源

                等等