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从“2.2 ARM与STM32的关系”可知,ARM公司负责设计内核,半导体芯片厂商拿到内核授权后,根据产品需求,添加各类组件,生产芯片售卖。如图 6.1.1 所示,为STM32的组成示意图,其中Cortex-M3内核、调试系统都是ARM公司设计,内部总线、外设、存储、时钟复位等都由ST公司开发。
在编程之前,对STM32的总线结构、存储结构、外设寄存器等有个大致了解,有助于理解编程中的一些操作。此外,中断与异常(Nested Vectored Interrupt Controller,NVIC)、时钟复位(Reset and Clock,RCC)也很重要,且与编程紧密相关,在后面相关实验章节里再专门讲解。 对于开发者,掌握一款MCU的开发需要重点关注四大模块:时钟复位、中断异常、存储映射和外设寄存器组。 STM32 总线结构 总线(Bus)是各种信号线的集合,是嵌入式系统中各布件之间传输数据信息、地址信息和控制信息的公共通道。 与总线相关的主要参数有总线宽度、总线频率和总线带宽。总线宽度是指总线能同时传输的数据位数, 如8位、32位、64位;总线频率是指总线的工作速度,频率越高,速度越快;总线带宽用来描述总线传输数据的快慢,总线带宽=总线宽度x总线频率/8,单位为MB/s。 STM32的总线结构如图 6.1.2 所示,可以分为6部分。 ICode总线:(Instruction bus)用于访问存储空间里指令的总线; DCode总线:(Data bus):用于访问存储空间里数据的总线; System总线:用于访问指令、数据以及调试模块接口; DMA总线:用于内存与外设之间的数据传输; Bus matrix(总线矩阵):用于总线之间的访问优先级管理控制; APB总线:用于外设接口的数据传输;ARM公司推出AMBA片上总线结构,该总线主要包含先进高速总线(Advanced High-speed Bus,AHB)和先进外设总线(Advanced Peripheral Bus,APB),分别连接高速设备和低速设备。基于这个总线结构,ICode、Dcode、System Bus都是AHB总线。这里AHB系统总线经过两个AHB-APB桥转换成了两个APB总线。APB1上挂接有DAC、UART等外设,其最高频率可达36MHz;APB2上挂接有ADC、GPIO等外设,其最高频率可达72MHz。 在MCU每次复位后,所有的外设时钟都会默认处于关闭状态。因此,在使用外设前需要操作复位和时钟寄存器(Reset and Clock Control,RCC)开启所需外设的时钟。 STM32 存储结构 CPU通过总线访问各个外设,现在通往外设的“路”已经铺好,还需要规定各个外设的“门牌号”,以 便精准控制每个外设。ARM Cortex-M3系列的处理器,采用存储器与I/O设备(外设)统一编址的方式,将部分存储器地址范围用于外设,这种通过存储器地址访问外设的方式,称为存储器地址映射。 对于32位的处理器,可寻址的范围为232字节,即232 = 4 × 1024 × 1024 × 1024 = 4 |
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