【STM32】STM32F4单片机总线架构

1. STM32系统框图

        STM32微控制器由处理器、存储器、时钟生成（如PLL）和分配逻辑、系统总线以及外设等（I/O接口、通信接口、ADC、DAC、定时器、PWM、RTC等），如图 1所示。

图 1  微控制器系统框图

2. STM3总线架构

        STM32主系统由 32 位多层 AHB 总线矩阵构成，借助总线矩阵，可实现8条主控总线到7条被控总线的访问，这样即使在多个高速外设同时运行期间，系统也可以实现并发访问和高效运行。STM32F407的总线架构如图 2所示。

 图 2  STM32F407总线架构

        8条主控总线如下：

• Cortex™-M4F 内核 I 总线、 D 总线和 S 总线
• DMA1 存储器总线
• DMA2 存储器总线
• DMA2 外设总线
• 以太网 DMA 总线
• USB OTG HS DMA 总线

        7条被控总线如下：

• 内部 Flash ICode 总线
• 内部 Flash DCode 总线
• 主要内部 SRAM1 (112 KB)
• 辅助内部 SRAM2 (16 KB)
• AHB1 外设（包括 AHB-APB 总线桥和 APB 外设）。借助两个 AHB/APB 总线桥 APB1 和 APB2，可在 AHB 总线与两个 APB 总线之间实现完全同步的连接，从而灵活选择外设频率。
• AHB2 外设
• FSMC

2.1 S0：I总线

        此总线用于将 Cortex™-M4F 内核的指令总线连接到总线矩阵。内核通过此总线获取指令。此总线访问的对象是包含代码的存储器（内部 Flash/SRAM 或通过 FSMC 的外部存储器）。

2.2 S1：D总线

       此总线用于将 Cortex™-M4F 数据总线和 64 KB CCM 数据 RAM 连接到总线矩阵。内核通过此总线进行立即数加载和调试访问。此总线访问的对象是包含代码或数据的存储器（内部Flash 或通过 FSMC 的外部存储器）。

2.2 S2：S总线

        此总线用于将 Cortex™-M4F 内核的系统总线连接到总线矩阵。此总线用于访问位于外设或 SRAM 中的数据。也可通过此总线获取指令（效率低于 ICode）。此总线访问的对象是112 KB、 64 KB 和 16 KB 的内部 SRAM、包括 APB 外设在内的 AHB1 外设、 AHB2 外设以及通过 FSMC 的外部存储器。

2.3 S3、S4：DMA存储器总线

        此总线用于将 DMA 存储器总线主接口连接到总线矩阵。 DMA 通过此总线来执行存储器数据的传入和传出。此总线访问的对象是数据存储器：内部 SRAM（ 112 KB、 64 KB、 16 KB）以及通过 FSMC 的外部存储器。

2.4 S5：DMA外设总线

        此总线用于将 DMA 外设主总线接口连接到总线矩阵。 DMA 通过此总线访问 AHB 外设或执行存储器间的数据传输。此总线访问的对象是 AHB 和 APB 外设以及数据存储器：内部SRAM 以及通过 FSMC 的外部存储器。

2.5 S6：以太网DMA总线

        此总线用于将以太网 DMA 主接口连接到总线矩阵。以太网 DMA 通过此总线向存储器存取数据。此总线访问的对象是数据存储器：内部 SRAM（ 112 KB、 64 KB 和 16 KB）以及通过FSMC 的外部存储器。

2.6 S7： USB OTG HS DMA总线

        此总线用于将 USB OTG HS DMA 主接口连接到总线矩阵。 USB OTG DMA 通过此总线向存储器加载/存储数据。此总线访问的对象是数据存储器：内部 SRAM（112 KB、 64 KB 和 16 KB）以及通过 FSMC 的外部存储器。

2.7 总线矩阵

        总线矩阵用于主控总线之间的访问仲裁管理。仲裁采用循环调度算法。

2.8 AHB/APB总线桥(APB)

        借助两个 AHB/APB 总线桥 APB1 和 APB2，可在 AHB 总线与两个 APB 总线之间实现完全同步的连接，从而灵活选择外设频率。有关 APB1 和 APB2 最大频率的详细信息，请参见器件数据手册。

3. 小结

        对于初学者来说，深入理解STM32总线架构还是有一定难度的，但个人觉得还是要对其有一些了解，在了解系统框图及总线架构的的基础上，对外设的理解会更加透彻，能够理解处理器和外设是并行运行的，更好的编写底层驱动程序。当对外设有了一定了解后，更有必要深入理解总线架构，这样在驱动程序编写、调试中才能更加得心应手。