【嵌入式学习笔记】嵌入式基础6——STM32基础知识

1.STM32系统框架

1.1. Cortex M内核 & 芯片

MCU厂商，经ARM公司授权，添加不同的外设 ，就成为了各种XX32芯片。

1.2.F1系统架构

• 4个主动单元：Cortex M3内核 DCode总线（D-Bus）、Cortex M3内核 系统总线（S-Bus）、通用DMA1、通用DMA2
• 4个被动单元：内部FLASH、内部SRAM、FSMC、AHB到APB的桥（连接的所有APB外设）
• AHB：高级高性能总线；APB：高级外围总线

I Code(I-Bus)是指令总线；
D Code(D-Bus)是数据总线；
System(S-Bus)是系统总线，用于连接外设；
DMA是直接存储访问控制器，可以实现数据的自动搬运，整个过程不需要CPU处理；
内部Flash相当于硬盘，用于存储代码与数据；
内部SRAM相当于内存，用于数据储存；
FSMC灵活的静态存储控制器，实际上就是一个外部总线接口，可以用来访问外部SRAM、NAND/NOR FLASH、LCD等
总线矩阵协调内核系统总线和DMA主控总线之间的访问仲裁，仲裁利用轮换算法，保证各个总线之间的有序访问，从而确保工作正常。

1.3.F4系统架构

• 8个主控总线：Cortex M4内核I总线、Cortex M4内核D总线、Cortex M4内核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
• 8个被控总线：内部FLASH lcode总线、内部FLASH Dcode总线、主要内部SRAM1 (112KB）、辅助内部SRAM2 (16KB)、
  辅助内部SRAM3 (64KB)、(F42xxx和F43xxx）、AHB1外设（包括AHB-APB总线桥和APB外设)、AHB2外设、FSMC
  

1.4.F7系统架构

• 1个AXI转AHB总线桥
  1个连接到内嵌FLASH的AXI转64位AHB总线桥
  3个连接到AHB总线矩阵的AXI转32位AHB总线桥
• 1个AHB总线矩阵
  12个总线主控器
  8个总线从控制器
• 12个主控总线：3x32位AHB总线、连接到内嵌Flash的64位AHB总线、AHBP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、LCD控制器DMA总线、DMA2D存储器总线
• 8个被控总线：AHB总线上的内嵌Flash、Cortex M7 AHBS从接口(仅用于DTCM RAM的DMA数据传输）、主SRAM1 (240KB)、辅助SRAM2 (16KB)、AHB1外设(AHB-APB总线桥和APB外设)、AHB2外设（AHB-APB总线桥和APB外设)、FMC、Quad SPI
  

1.5.H7系统架构

• 一个AXI总线矩阵
• 两个AHB总线矩阵
  D2域的AHB总线矩阵
  D3域的AHB总线矩阵
• 总线桥
• 域间总线
  

2.STM32的寻址范围

32位的单片机可以有32根地址线（每根地址线有两种状态：导通/不导通），单片机内存地址访问的存储单元是按字节编址的。

• STM32寻址大小：2^32= 4G（字节）
• STM32寻址范围：0x0000 0000 ~ 0xFFFF FFFF

补充：64位处理器寻址范围是2^64 = 16EB = 16x1024PB = 16x1024x1024TB = 16x1024x1024GB

3.存储器映射*

存储器本身是没有地址信息的，我们对存储器分配地址的过程就叫存储器映射

• 存储器功能划分（STM32F1）
  

• Block0（FLASH）功能划分
  

• Block1（SRAM）功能划分
  

• Block2（外设）功能划分
  
  

4.寄存器映射*

寄存器（Register）：单片机内部一种特殊的内存，它可以实现对单片机各个功能的控制
寄存器映射：给寄存器地址命名的过程，如将0x4001080C命名为GPIO——ODR。

STM32中的寄存器分类如下：

• 寄存器映射举例

1.直接操作寄存器地址：
*(unsigned int *)(0x4001 080C) = 0XFFFF;

2.定义一个名字后再操作：
#define    GPIOA_ODR  	*(unsigned int *)(0x4001 080C)
GPIOA_ODR = 0XFFFF；

• 寄存器地址计算
  为了方便编写代码及使用，我们将寄存器地址分为三个部分：

1. 总线基地址（BUS_BASE_ADDR）
2. 外设基于总线基地址的偏移量（PERIPH_OFFSET）
3. 寄存器相对外设基地址的偏移量（REG_OFFSET）

寄存器地址 = BUS_BASE_ADDR + PERIPH_OFFSET + REG_OFFSET
举例：

1. 获取外设挂在哪个总线上面？查：系统结构图
2. 获取总线基地址，APB2总线基地址：0X4001 0000
3. 获取外设地址偏移量，GPIOA相对APB2总线偏移量是：0X800
4. 获取寄存器地址偏移量，ODR相对GPIOA外设基地址的偏移量是：0X0C
5. 寄存器地址 = BUS_BASE_ADDR + PERIPH_OFFSET + REG_OFFSET
6. GPIOA_ODR = 0X4001 0000 + 0X800 + 0X0C = 0X4001 080C

• 使用结构体实现对寄存器的映射

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;

GPIOA_BASE: 	0X4001 0800
#define   		GPIOA    	 ((GPIO_TypeDef *)GPIOA_BASE)
&GPIOA->CRL： 	0X4001 0800
&GPIOA->CRH： 	0X4001 0804
&GPIOA->IDR：  	0X4001 0808
&GPIOA->ODR： 	0X4001 080C
实际应用：
GPIOA-> ODR = 0XFFFF；

• stm32f103xe.h寄存器映射说明
  STM32F103所有寄存器映射都在stm32f103xe.h里面完成，包括各种基地址定义、结构体定义、外设寄存器映射、寄存器位定义(占了绝大部分）等。