stm32背景知识

必须要get到的ARM知识

学习STM32为什么要学习ARM?

ARM公司简介

ARM（Advanced RISC Machines）有三种含义：它是一个公司的名称、它是一类微处理器的通称、它是一种技术的名称。

ARM 公司是微处理器行业的一家知名企业

知识产权供应商设计基于ARM体系的处理器；

公司并不生产芯片，也不出售芯片；

转让设计方案给半导体厂商，由半导体厂商生产soc，并销售；

提供一些其他设计服务，比如物理IP，图形内核和开发工具的设计。

ARM处理器家族

早先经典处理器包括ARM7、ARM9、ARM11家族。

Cortex-M 系列为单片机驱动的系统提供的低成本优化方案，应用于传统的微控制器市场，智能传感器，汽车周边部件等。

Cortex-A 系列针对开放式操作系统的高性能处理器；应用于智能手机，数字电视，服务器等高端运用。

Cortex-R 系列针对实时系统、满足实时性、高可靠性控制需求；应于汽车制动系统，动力系统，移动通信基带控制器等。

ARM处理器架构

概念

体系结构定义指令集和基于这一体系结构下处理器的编程模型（基本数据类型、工作模型、寄存器组）。基于同种体系结构可以有多种处理器、每个处理器的性能不同，面向的应用领域也不同。

ARM体系结构发展　

目前ARM体系架构共定义了8个版本V1-V8

V1-V3 最早的版本，目前已废弃

V4-V6 经典处理器中运用的比较多

V7目前Cortex系列处理器主要是这种架构、支持Thumb-2的32位指令集

V8兼容ARMv7架构的特性，并支持64位数据处理

ARM指令集

指令集的概念

处理器能够识别并执行的指令集合；

每一条指令可处理一个简单或复杂操作（加、加乘…）；

每一条指令对应一条或几条汇编指令。

指令集常见分类

复杂指令集（CISC）：包含处理复杂操作的特定指令，指令长度不固定，执行需要多个周期。

精简指令集（RISC）：指令简单而有效，格式和长度通常是固定的，大多数指令在一个周期内可以执行完毕，

ARM的内核是基于RISC体系结构的

SOC的概念

SOC(片上系统)

指的是在单个芯片上集成一个完整的计算机系统，所谓完整的系统一般包括中央处理器(CPU)、存储器、以及外围电路等。

Cortex-M4处理器介绍

Cortex-M家族简介

Cortex-M 系列产品主要包括 CortexM0、Cortex-M1、Cortex-M3、CortexM4、Cortex-M7 等

Cortex-M0：主打低功耗和混合信号的处理

Cortex-M1：应用于FPGA的应用控制领域

Cortex-M3和Cortex-M4 主要用来替代 ARM7,重点侧重能耗与性能的平衡

Cortex-M7：则重点放在高性能控制运算领域。

Cortex-M4特性

ARMCortex™-M4处理器内核是在Cortex-M3内核基础上发展起来的，其性能比Cortex-M3提高了20%。新增加了浮点、DSP、并行计算等。

RISC处理器内核：高性能32位CPU

Thumb-2 指令集，高效、高代码密度；

高性能，使用ARMv7-M的体系架构支持DSP和SIMD；

中断数量可配置（1~240个），低中断切换时延，提供不可屏蔽中断（NMI）输入保障高可靠性系统；

低功耗模式：集成的睡眠状态支持、多电源域、基于架构的软件控制；

支持多种嵌入式操作系统，也被多种开发组件支持，包括MDK（ARM Keil 微控制器开发套件）、RVDS（ARMRealView 开发组件）、IAR C 编译器等。

Cortex-M结构框图

Cortex-M 微处理器主要包括处理器内核、嵌套向量中断控制器（NVIC）、调试子系统、内部总线系统构成。Cortex-M 微处理器通过精简的高性能总线（AHB-LITE）与外部存储器及外设进行通信。

Cortex-M4工作模式

Cortex-M4有两种工作模式和两种工作状态

处理模式（Handler Mode）。

当处理器发生了异常或者中断，则进入处理模式进行处理、处理完成后返回线程模式。在该模式下处理器具有特权访问等级，可以访问处理器中的所有资源。

线程模式（Thread Mode）：

芯片复位后，即进入线程模式，执行普通用户程序；可以处于特权或非特权模式，访问等级由CONTROL寄存器控制

Thumb状态：正常运行时处理器的状态

调试状态：调试程序时处理器的状态，调试器可以访问或修改处理器中寄存器的值

Cortex-M4寄存器组——通用寄存器

Cortex-M4 处理器内核有 13 个通用寄存器以及多个特殊寄存器，如图 所示。具体介绍如下：

R0-R12：通用寄存器。其中 R0-R7为低端寄存器，可作为16位或 32 位指令操作数，R8-R12为高端寄存器，只能用作 32 位操作数

R13：堆栈指针SP，Cortex-M4 在物理位置上存在两个栈指针，主栈指针MSP，进程栈指针PSP。在处理模式下，只能使用主堆栈，在线程模式下，可以使用主堆栈也可以使用进程堆栈，这主要是由CONTROL寄存器控制完成。系统上电的默认栈指针是MSP

R14：连接寄存器(LR)，用于存储子程序或者函数调用的返回地址

R15：程序计数器（PC），存储下一条将要执行的指令的地址。

Cortex-M4寄存器组——特殊寄存器

认识STM32

什么是STM32

•STM32，从字面上来理解，ST 是意法半导体，M 是 Microelectronics 的缩写，32 表示32 位，合起来理解，STM32 就是指 ST 公司开发的 32 位微控制器。在如今的 32 位控制器当中，STM32 可以说是最璀璨的新星，它受宠若娇，大受工程师和市场的青睐，无芯能出其右。