stm32底层硬件结构

对stm32的底层结构进行复习总结了一下，以加深理解。（主要参照stm32f10x系列）

首先看几张图：

1.内核芯片结构图：

2.stm32内部结构图

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

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（严格来讲是从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 FFF
*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

 

 

 

 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