STM32学习笔记（0）

下面是个人在《STM32库开发实践指南》这本书的学习过程中，从中提炼的要点笔记，以及自己的一些理解，以便后期复习回顾。由于本科阶段个人能力有限，如果以下篇幅中论述有误，欢迎大家提醒小弟。

1. STM32综述

1.1 CMSIS标准

1.1.1 设计原由

STM32是由Cortex-M3内核（CPU）、片上外设、内部总线等组成的单片微型计算机，其芯片结构如下：

Corten-M3是由ARM公司设计的一款处理器架构，片上外设等部件是由芯片生产商设计的，所以不同的生产商设计的单片机的硬件结构不尽相同（内核都是Cortex-M3）,为了解决不同硬件平台的软件编程上的差异，ARM公司建立了CMSIS软件抽象层标准，相当于操作系统的设备无关层软件。

1.1.2 库文件对应

Cortex-M3内核文件：

• core_cm3.c：提供进入CM3内核的接口

ST库文件：

• stm32f10x.h：定义了STM32中寄存器的地址映射情况、结构体类型
• system_stm32f10x.c：用于设置系统时钟、总线时钟
• 启动文件：一般是用汇编编写的，用于在处理器上电后为程序的运行建立一个合适的环境
• 外设驱动文件：ST公式为片上外设建立的库函数文件，其中misc.c用于提供NVIC（中断向量控制器）的访问函数。

用户程序文件：

• stm32f10x_it.c：用于提供编写中断服务函数的入口
• stm32f10x_conf.h：其中包含了所有ST库的头文件调用

1.2 地址映射

1.2.1 STM32的地址结构

同51一样，Cortex-M3将存储器地址与外设地址一起编址，其地址总线宽度为32bit，有4GB的寻址空间，其地址分配情况如下：

其中0x40000000-0x5FFFFFFF的地址用于指向STM32片上外设，stm32f10x.h记录了这些寄存器的地址情况。

1.2.2 基地址层级关系

#define PERIPH_BASE ((uint32_t)0x40000000)  //外设基址
#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000)  //APB2总线基址
#define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0800)  //GPIOA外设基址

外设基址 PERIPH： Cortex-M3分配给生产厂商片上外设地址，512MB

总线外设基址 APB1, APB2, AHB： 在STM32中将不同速率的片上外设挂载在不同的总线上，其将PERIPH的地址空间划分为了三部分：

总线	地址空间	大小
APB1	4000 0000 H - 4000 FFFF H	64KB
APB2	4001 0000 H - 4001 7FFF H	28KB
AHB	4001 8000 H - 5FFF FFFF H	512MB - 98KB

寄存器组基址： 由于一条总线可以挂载多个外设，所以将总线地址空间又划分为多个寄存器地址空间。

以上为一个寄存器地址空间，每个寄存器地址空间大小为32bit，在STM32中将多个相关的寄存器划分为一个寄存器组，地址偏移0x04是先对与其寄存器组基址（GPIOx_BASH）的。在stm32f10x.h中将寄存器组封装为一个结构体，以便于访问：

typedef struct
{
    _IO uint32_t CRL;
    _IO uint32_t CRH;
    _IO uint32_t IDR;
    _IO uint32_t ODR;
    _IO uint32_t BSRR;
    _IO uint32_t BRR;
    _IO uint32_t LCKR;
} GPIO_TypeDef;

1.3 时钟系统

1.3.1 时钟系统设计准则

STM32的时钟系统比较复杂，需要经过倍频、分频以及一系列外设时钟的开关，其原因如下：

• 倍频：考虑到电磁兼容性，直接提供频率过高的时钟源可能会给制作电路板带来一定的难度。
• 分频：因为STM32即有高速外设又有低速外设，各种外设的工作频率不尽相同。

STM32为每个外设的时钟输出都设置了开关，这样可以有效的降低系统功耗。

1.3.2 时钟系统结构功能

STM32的系统时钟 SYSCLK 的来源有四种方式：外部时钟信号直接获取（HSE, LSE）、内部时钟信号直接获取（HSI, LSI）、外部或内部信号锁相环获取（PLLCK），下图的 SW 开关就是用于选择时钟信号的获取方式的。

经过一系列的分频、倍频之后得到几个与我们开发密切相关的时钟：

• SYSCLK：系统时钟，STM32大部分其中时钟的来源
• HCLK：由AHB预分频器直接输出，高速总线AHB的时钟信号，CPU主频n
• FCLK：由AHB预分频器直接输出，与HCLK相互独立，用于处理休眠状态的中断
• PCLK1：APB1预分频器输出，给APB1总线上的外设提供时钟信号，最大频率为36MHz
• PCLK2：APB2预分频器输出，给APB2总线上的外设提供时钟信号，最大频率为72MHz

1.4 MDK的简单使用

1.4.1 工程项目结构

• Startup：
• USER：存放用户文件及代码
  • main.c
  • stm32f10x_it.c，stm32f10x_it.h
  • stm32f10x_conf.h
• FWlib：
  • inc/xxx.h
  • src/xxx.c
• CMSIS：
  • core_cm3.c，core_cm3.h
  • stm32f10x.h
  • system_stm32f10x.c，system_stm32f10x.h
• Output：
• Listing：

1.4.2 选项卡设定

• Output选项卡：指定编译文件存储位置
• C/C++选项卡：指定CMSIS库文件路径
• Debug选项卡：配置link调试器

1.4.3 程序下载调试

• J-Link下载：启动程序时要将J-Link同时连接PC与STM32，或者全部断开
• 串口下载：下载是要将BOOT0接到VCC，运行时要将BOOT0接到GND

1.5 库函数开发模式

1.5.1 寄存器类别

• 控制寄存器（xxx_CR）： 用于配置外设的工作模式
• 数据寄存器（xxx_DR）： 用于发送或接受数据
• 状态寄存器（xxx_SR）： 用于反馈外设的工作状态

1.5.2 CR的库函数实现

通过初始化配置结构体实现如，配置步骤如下：

1. 定义一个xxx_InitTypeDef类型初始化结构体；
2. 根据其CR寄存器的功能向结构体写入特定的控制参数；
3. 填充完结构体后，利用xxx_Init()函数向寄存器写入参数。

1.5.3 DR的库函数实现

• 通过Set或Send函数把要输出数据，如：GPIO_SetData()，USART_SendData()；
• 通过Read或Receive函数接受外设的数据，如GPIO_ReadOutputDataBit()，GPIO_ReadInputDataBit()，USART_ReceiveData()。

1.5.4 SR的库函数实现

STM32通过事件中断来反应寄存器的变化，并在中断服务函数中处理这事件，由于多个函数可能共享一个中断服务函数，故需要对外设的SR进行检测与清除：

• SR的检测：xxx_GetFlagStatus()，xxx_GetITStatus()，当屏蔽中断使后者无法检测；
• SR的清除：xxx_ClearFlag()，xxx_ClearITPendingBit()，在处理中断时使用后者，处理标志位时使用前者。