第6章STM32F10x最小系統(tǒng)

第6章STM32F10x最小系統(tǒng)第一頁，共48頁。第6章STM32F10x最小系統(tǒng)6.1STM32F10x系列微控制器簡介6.2基于Cortex-M3的最小系統(tǒng)6.3存儲器與總線架構(gòu)6.4電源控制6.5復(fù)位6.6STM32的時鐘系統(tǒng)6.7仿真器與開發(fā)板第二頁，共48頁。6.1STM32系列微控制器簡介STM32系列是基于ARMCortex?M核的32位閃存微控制器，集成度高、性能高、實時性、數(shù)字信號處理、低功耗、低電壓操作的易開發(fā)的芯片，適合不同用戶的需求。第三頁，共48頁。片上存儲器容量、集成外設(shè)、功能模塊、封裝形式等有所區(qū)別。例：STM32F10X系列第四頁，共48頁。STM32F10x系列產(chǎn)品編號第五頁，共48頁。第六頁，共48頁。STM32F103系列芯片CORTEXM3CPU

72MHz6kB-64kBSRAMARMPeripheralBus(max72MHz)2x12-bitADC

16channels/1Msps1/2xI2C0/1xSPI1/2/4xUSART/LIN

Smartcard/IrDa

ModemControl32/49/80*I/OsUpto16Ext.ITsFlashI/F32kB-512kB

FlashMemoryTempSensor1xUSB2.0FS1xbxCAN2.0B6x16-bitPWMSynchronizedACTimer2xWatchdog2/3/5x16-bitTimerExternalMemoryInterface**JTAG/SWDebugXTALoscillators

32KHz+4~16MHzPowerSupply

Reg1.8V

POR/PDR/PVDDMA

3to11*ChannelsNestedvectITCtrl2xSPI/I2S**2xDAC**1xSDIO**ImageSensor**1xUSART/LIN

Smartcard/IrDa

Modem-Ctrl1xSPIBridgeBridge1xSysticTimerARMLiteHi-SpeedBus

Matrix/Arbiter(max72MHz)Int.RCoscillators

32KHz+8MHzPLLClockControlRTC/AWUARMPeripheralBus(max36MHz)20BBackupRegs第七頁，共48頁。STM32F103功能框圖第八頁，共48頁。第九頁，共48頁。第十頁，共48頁。第6章STM32F10x最小系統(tǒng)6.1STM32F10x系列微控制器簡介6.2基于Cortex-M3的最小系統(tǒng)6.3存儲器與總線架構(gòu)6.4電源控制6.5復(fù)位6.6STM32的時鐘系統(tǒng)6.7仿真器與開發(fā)板

第十一頁，共48頁。6.2基于Cortex-M3的最小系統(tǒng)什么是最小系統(tǒng)？

在盡可能減少上層應(yīng)用的情況下，能夠使系統(tǒng)運行的最小化模塊配置。“最小系統(tǒng)”稱“嵌入式核心控制模塊”更貼切一些。最小系統(tǒng)的組成：①電源、②時鐘、③復(fù)位電路、④存儲系統(tǒng)、⑤調(diào)試系統(tǒng)。Cortex-M3MPUFlashSRAMTimerResetJTAGUARTPower第十二頁，共48頁?；贑ortex-M3的最小系統(tǒng)時鐘模塊——通常經(jīng)ARM內(nèi)部鎖相環(huán)進行相應(yīng)的倍頻，以提供系統(tǒng)各模塊運行所需的時鐘頻率輸入復(fù)位模塊——實現(xiàn)對系統(tǒng)的復(fù)位電源系統(tǒng)：調(diào)試系統(tǒng)：JTAG/SW模塊——實現(xiàn)對程序代碼的下載和調(diào)試UART模塊——實現(xiàn)對調(diào)試信息的終端顯示存儲系統(tǒng)：Flash存儲模塊——存放啟動代碼、操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序代碼SDRAM模塊——為系統(tǒng)運行提供動態(tài)存儲空間，是系統(tǒng)代碼運行的主要區(qū)域第十三頁，共48頁。基于Cortex-M3的STM32F10x最小系統(tǒng)第十四頁，共48頁。第6章STM32F10x最小系統(tǒng)6.1STM32F10x系列微控制器簡介6.2基于Cortex-M3的最小系統(tǒng)6.3存儲器與總線架構(gòu)6.4電源控制6.5復(fù)位6.6STM32的時鐘系統(tǒng)6.7仿真器與開發(fā)板第十五頁，共48頁。6.3存儲器與總線架構(gòu)1、總線架構(gòu)STM32的各外圍模塊與Cortex-M3內(nèi)核，通過各類總線連接在一起，形成一個有機的整體。Cortex-M3的ICode、DCode、System總線和DMA總線四個驅(qū)動單元，與閃存存儲器接口、SRAM和AHB2APB橋三個被動單元，通過總線矩陣聯(lián)接在一起?？偩€矩陣采取輪換算法仲裁、協(xié)調(diào)內(nèi)核System總線和DMA主控總線之間的訪問。AHB外設(shè)通過總線矩陣與系統(tǒng)總線相連，允許DMA訪問。兩個AHB/APB橋在AHB和2個APB總線間提供同步連接。APB1操作速度限于36MHz，APB2操作于全速72MHz。第十六頁，共48頁。2、存儲器映像STM32F1xxCortex-M3有32根地址線，所以它的尋址空間大小為2^32bit=4GB程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、外設(shè)寄存器、輸入輸出端口被組織在同一4GB線性地址空間內(nèi)。把地址從0x40000000至0x5FFFFFFF(512MB)的地址分配給片上外設(shè)。第十七頁，共48頁。外設(shè)存儲器映像STM32F103外設(shè)寄存器組起始地址第十八頁，共48頁。外設(shè)存儲器映像STM32F103寄存器組起始地址第十九頁，共48頁。嵌入式閃存Flash存儲器映像*STM32F10xxxFlash高密度閃存模塊的組織擦寫次數(shù)：1000次第二十頁，共48頁。4、STM32F10X的三種啟動模式通過BOOT[1:0]引腳選擇不同啟動模式，實現(xiàn)實例：第二十一頁，共48頁。STM32F10X的三種啟動模式通過選擇管腳設(shè)置BOOT配置，內(nèi)置Flash、系統(tǒng)存儲區(qū)、內(nèi)置SRAM會分別被映射到地址0x00(啟動存儲區(qū))；CPU從的0x0000_0004地址的值給PC，開始執(zhí)行代碼。從系統(tǒng)存儲器啟動：廠家在如EPROM內(nèi)置了Bootloader代碼，用戶可以從USART1或USART2接口接收數(shù)據(jù)和命令，對內(nèi)置的FLASH進行重新編程。ISP模式，在線編程。從SRAM啟動：在應(yīng)用程序的初始化部分，通過NVIC異常表和偏移寄存器，重新定位VectorTable。第二十二頁，共48頁。第6章STM32F10x最小系統(tǒng)6.1STM32F10x系列微控制器簡介6.2基于Cortex-M3的最小系統(tǒng)6.3存儲器與總線架構(gòu)6.4電源控制6.5復(fù)位6.6STM32的時鐘系統(tǒng)6.7仿真器與開發(fā)板第二十三頁，共48頁。6.4電源控制Cortex-M3主要指標：0.19W/MHz，1.25DMIPS/MHz；若達到5DMIPS(MillionInstructionsexecutedPerSecond,每秒百萬條指令)的性能：Cortex-M3工作頻率只需4MHz，功耗0.76W；51單片機，工作頻率需60MHz，功耗30W；STM32F103處理器系統(tǒng)頻率為72MHz，處理器性能可達到90DMIPS，此時Cortex-M3功耗約14W左右。在性能和功耗上達到了很高的水平！第二十四頁，共48頁。1、電源供電方案VDDA/VSSA獨立電源/地2.0--3.6V，為ADC、復(fù)位、RC振蕩器和PLL供電。若用ADC，VDDA>2.4V；VREF+電壓：2.4V~VDDA，VREF-引腳連到VSSA。VDD/VSS主電源/地2.0~3.6V：通過內(nèi)置調(diào)壓器提供1.8V供內(nèi)核用，3.3V供I/O管腳用。VBAT：后備電池1.8~3.6V第二十五頁，共48頁。2、電源管理器STM32內(nèi)部集成了上電復(fù)位POR(PowerOnReset)/掉電復(fù)位PDR(PowerDownReset)電路，系統(tǒng)在供電超過2V時工作；內(nèi)嵌可編程電壓探測器PVD檢測VDD，當?shù)陀谠O(shè)定閥值VPOR/VPDR時，會產(chǎn)生復(fù)位中斷，而不使用外部復(fù)位電路。。約2.5ms上電復(fù)位和掉電復(fù)位波形圖PVD(ProgrammableVoltageDetector)。在VDD電壓由低向高上升越過規(guī)定的閥值VPOR之前，保持芯片復(fù)位，當越過這個閥值后tRSTTEMPO秒（待電源可靠供電），才開始取復(fù)位向量，并執(zhí)行指令。在VDD電壓由高向低下降越過規(guī)定的閥值VPDR后，將在芯片內(nèi)部產(chǎn)生PVD中斷，進行復(fù)位。第二十六頁，共48頁。3、三種低功耗模式休眠模式Sleepmode：只有CPU停止工作，調(diào)壓器1.8V區(qū)供電工作，所有外設(shè)繼續(xù)運行，在中斷/事件發(fā)生時喚醒CPU。停止模式Stopmode：調(diào)壓器以低功耗模式提供1.8V來保持SRAM和寄存器的內(nèi)容。但1.8V區(qū)域的外設(shè)時鐘都停止，PLL、HSI和HSE的RC振蕩器被禁能。當外部中斷源（16個外部中斷線之一）、PVD輸出、RTC鬧鐘、或者USB喚醒信號，退出停止模式。第二十七頁，共48頁。三種低功耗模式待機模式Standbymode：追求最少的功耗，內(nèi)部調(diào)壓器被關(guān)閉，這樣1.8V區(qū)域斷電。SRAM和寄存器的內(nèi)容也會丟失。只有備份寄存器和待機電路工作。RTC,IWDG和相關(guān)的時鐘源不會停止。當外部復(fù)位（NRST引腳）、IWDG復(fù)位、WKUP引腳出現(xiàn)上升沿或者RTC鬧鐘時間到時，退出待機模式。第二十八頁，共48頁。4、電源控制寄存器組PWR偏移地址:0x00h；復(fù)位值:0x00000000；位31:9，保留。始終讀為0。位8，DBP，取消后備區(qū)域的寫保護，0禁止/1允許；位7:5，PLS[2:0]：PVD電平選擇，000:2.2V，001:2.3V,010：2.4V,…位4,PVDE，電源電壓監(jiān)測器使能，0禁止/1允許；位3，CSBF，置1清除SBF待機位；位2，CWUF，置1，2個系統(tǒng)時鐘后清除WUF喚醒位；位1，PDDS，掉電深睡眠下，0停止模式/1待機模式；位0，LPDS，PDDS=0停止模式時，0調(diào)壓器開/1調(diào)壓器關(guān)；電源控制寄存器PWR_CR第二十九頁，共48頁。電源控制寄存器組PWR偏移地址:0x04h；復(fù)位值:0x00000000；位8，EWUP使能WKUP管腳，0禁止/1待機模式喚醒；位2，PVD輸出，0表明VDD高于閥值VPVD/1低于；位1，SBF待機標志，0非待機模式/1待機模式；位0，WUF喚醒標志，0沒有發(fā)生喚醒事件/1在WKUP管腳上發(fā)生喚醒事件或出現(xiàn)RTC鬧鐘事件。PWR寄存器映像和復(fù)位值：電源控制/狀態(tài)寄存器PWR_CSR第三十頁，共48頁。第6章STM32F10x最小系統(tǒng)6.1STM32F10x系列微控制器簡介6.2基于Cortex-M3的最小系統(tǒng)6.3存儲器與總線架構(gòu)6.4電源控制6.5復(fù)位6.6STM32的時鐘系統(tǒng)6.7仿真器與開發(fā)板第三十一頁，共48頁。6.5復(fù)位STM32F支持三種復(fù)位形式：系統(tǒng)復(fù)位電源復(fù)位備份區(qū)域復(fù)位。第三十二頁，共48頁。1、系統(tǒng)復(fù)位系統(tǒng)復(fù)位將清除時鐘控制狀態(tài)寄存器RCC_CSR中的復(fù)位標志和備用域寄存器之外的所有寄存器。復(fù)位事件：NRST管腳上的低電平窗口看門狗計時器計時終止（WWDG復(fù)位）獨立看門狗計數(shù)終止（IWDG復(fù)位）軟件復(fù)位（SW復(fù)位）低功耗管理復(fù)位。第三十三頁，共48頁。2、電源復(fù)位當以下事件中之一發(fā)生時，產(chǎn)生電源復(fù)位：上電/掉電復(fù)位（POR/PDR復(fù)位）從待機模式中返回約2.5ms上電復(fù)位和掉電復(fù)位波形圖第三十四頁，共48頁。3、備份域復(fù)位當以下事件中之一發(fā)生時，產(chǎn)生備份區(qū)域復(fù)位。軟件復(fù)位，備份區(qū)域復(fù)位可由設(shè)置備份區(qū)域控制寄存器RCC_BDCR中的BDRST位產(chǎn)生。在VDD和VBAT兩者掉電的前提下，VDD或VBAT上電將引發(fā)備份區(qū)域復(fù)位。第三十五頁，共48頁。第6章STM32F10x最小系統(tǒng)6.1STM32F10x系列微控制器簡介6.2基于Cortex-M3的最小系統(tǒng)6.3存儲器與總線架構(gòu)6.4電源控制6.5復(fù)位6.6STM32的時鐘系統(tǒng)6.7仿真器與開發(fā)板第三十六頁，共48頁。6.6STM32時鐘系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)是CPU的脈搏，就像人的心跳一樣。STM32芯片為了實現(xiàn)低功耗，設(shè)計了一個功能完善但卻非常復(fù)雜的時鐘系統(tǒng)。編程一個重要步驟，就是設(shè)置、開啟外設(shè)時鐘。內(nèi)部時鐘是在芯片內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生的，起振較快，芯片剛上電的時候使用內(nèi)部高速時鐘。外部時鐘是由外部的晶振輸入的，精度和穩(wěn)定性好，上電之后通過軟件配置再轉(zhuǎn)用外部時鐘信號。高速時鐘是提供給芯片主體的主時鐘，低速時鐘只是提供給芯片中的RTC（實時時鐘）及獨立看門狗使用。第三十七頁，共48頁。STM32時鐘系統(tǒng)STM32的4個時鐘源:HSI高速內(nèi)部時鐘：內(nèi)部RC振蕩器為時鐘源，頻率為8MHz，但不穩(wěn)定。內(nèi)Interior外ExteriorHSE高速外部時鐘：外部晶振(4~16MHz),一般用8MHz。LSE低速外部時鐘：外部晶振，一般32.768KHz，主要提供給實時時鐘RTC模塊，還可選HSE的128分頻。LSI低速內(nèi)部時鐘：內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生，40kHz，供獨立看門狗IWDG使用，也可選為實時時鐘RTC的時鐘源。下圖說明了STM32的時鐘走向，從圖的左邊開始，從時鐘源一步步分配到外設(shè)時鐘。第三十八頁，共48頁。1、HIS高速內(nèi)部時鐘,經(jīng)PLLSRC開關(guān),給PLL鎖相環(huán)倍頻，或直接送SW開關(guān)。2、HSE高速外部時鐘外接晶振8MHz，經(jīng)PLLXTPRE、PLLSRC開關(guān)送PLL鎖相環(huán)倍頻，或直接送SW。3、PLL倍頻鎖相環(huán)，如倍頻因子PLLMUL選為9倍，則得72MHz的PLLCLK時鐘；4、HSI、HSE、PLL經(jīng)開關(guān)SW選擇之后就是系統(tǒng)時鐘SYSCLK了；5、經(jīng)AHB、APB1、APB2分頻器得到各內(nèi)核與外設(shè)的時鐘源：HCLK、PCLK1、PCLK2等時鐘；SWPLLXTPREPLLSRC第三十九頁，共48頁。STM32時鐘系統(tǒng)PLL鎖相環(huán)倍頻輸出：時鐘源的頻率可能偏低，通過PLL電路可提高系統(tǒng)所需要的時鐘頻率，并且更穩(wěn)定。PLL時鐘輸入源可選擇為HSI/2、HSE或HSE/2。倍頻可選擇為2~16倍，STM32F1xx的輸出頻率最大72MHz。系統(tǒng)時鐘SYSCLK經(jīng)AHB分頻器的HCLK時鐘給AHB總線、內(nèi)核、內(nèi)存、DMA、系統(tǒng)定時器時鐘等使用。APB1分頻器：PCLK1，36MHz，供低速外設(shè)：電源接口、備份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看門狗、Timer2、Timer3、Timer4APB2分頻器：PCLK2，72MHz，供高速外設(shè)：UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、GPIO口(PA~PE)等。第四十頁，共48頁。第6章STM32F10x最小系統(tǒng)6.1STM32F10x系列微控制器簡介6.2基于Cortex-M3的最小系統(tǒng)6.3存儲器與總線架構(gòu)6.4電源控制6.5復(fù)位6.6STM32的時鐘系統(tǒng)6.7仿真器與開發(fā)板第四十一頁，共48頁。6.7仿真器與開發(fā)板Cortex?-M3核集成了SWJ-DP(serialwireandJTAG)調(diào)試模塊，支持兩種調(diào)試接口：JTAG調(diào)試接口(JTAG-DP)為AHP-AP模塊5針標準JTAG接口。串行調(diào)試接口(SW-DP)為AHP-AP模塊2針(時鐘＋數(shù)據(jù))接口。第四十二頁，共48頁。SWJ-DP接口在SWJ-DP接口中，SW-DP接口的2個引腳和JTAG接