STMFx最小系統(tǒng)設計H

1、Embedded System Development聊城大學聊城大學 理工學院理工學院曹銀杰曹銀杰 嵌入式系統(tǒng)與應用嵌入式系統(tǒng)與應用 第6章 STM32F10 x最小系統(tǒng)F6.1 STM32F10 x6.1 STM32F10 x系列產(chǎn)品簡介系列產(chǎn)品簡介F6.2 6.2 基于基于Cortex-M3Cortex-M3的最小系統(tǒng)的最小系統(tǒng)F6.3 6.3 電源及控制電源及控制、復位電路復位電路F6.4 6.4 存儲器與總線架構存儲器與總線架構F6.5 STM326.5 STM32的時鐘系統(tǒng)的時鐘系統(tǒng) 6.1 STM32F10 x系列產(chǎn)品簡介F片上存儲器容片上存儲器容量、集成外設量、集成外設、功能模

2、塊、功能模塊、封裝形式等有封裝形式等有所區(qū)別。所區(qū)別。FS ST TM M3 32 2F F1 10 0 x x系系列列產(chǎn)產(chǎn)品品編編號號STM32F103系列芯片CORTEXM3 CPU72 MHz6kB-64kB SRAMARM Peripheral Bus(max 72MHz)2x 12-bit ADC16 channels / 1Msps1/2x I2C0/1x SPI1/2/4x USART/LINSmartcard / IrDaModem Control32/49/80* I/OsUp to 16 Ext. ITsFlash I/F32kB-512kBFlash MemoryTemp

3、 Sensor1x USB 2.0FS1x bxCAN 2.0B6x 16-bit PWM Synchronized AC Timer2x Watchdog2/3/5x 16-bit TimerExternal Memory Interface*JTAG/SW DebugXTAL oscillators32KHz + 416MHzPower SupplyReg 1.8VPOR/PDR/PVDDMA 3 to 11* ChannelsNested vect IT Ctrl2x SPI/I2S*2x DAC*1x SDIO*Image Sensor*1x USART/LINSmartcard/Ir

4、DaModem-Ctrl1x SPIBridgeBridge1x Systic TimerARM Lite Hi-Speed BusMatrix / Arbiter (max 72MHz)Int. RC oscillators32KHz + 8MHzPLLClock ControlRTC / AWUARM Peripheral Bus(max 36MHz)20B Backup RegsSTM32F103 功能框圖6.2 基于Cortex-M3的最小系統(tǒng)F什么是最小系統(tǒng)什么是最小系統(tǒng)？ 在在盡可能減少上層應用的情況下，能夠使系統(tǒng)運行的盡可能減少上層應用的情況下，能夠使系統(tǒng)運行的最小化模塊配置最小

5、化模塊配置。F“最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)”稱稱“嵌入式嵌入式核心控制模塊核心控制模塊”更更貼切貼切一些一些。F最小系統(tǒng)的組成：最小系統(tǒng)的組成： 電源、時鐘、復位電路、電源、時鐘、復位電路、存儲系統(tǒng)、調試系統(tǒng)。存儲系統(tǒng)、調試系統(tǒng)。Cortex-M3Cortex-M3MPUFlashSRAMTimerResetJTAGUARTPower基于Cortex-M3的最小系統(tǒng)F時鐘模塊時鐘模塊通常經(jīng)通常經(jīng)ARMARM內部鎖相環(huán)進行相應的倍頻，內部鎖相環(huán)進行相應的倍頻，以提供系統(tǒng)各模塊運行所需的時鐘頻率輸入以提供系統(tǒng)各模塊運行所需的時鐘頻率輸入F復位模塊復位模塊實現(xiàn)對系統(tǒng)的復位實現(xiàn)對系統(tǒng)的復位F電源系統(tǒng)：電源系統(tǒng)：

6、F調試系統(tǒng)：調試系統(tǒng)：JTAGJTAG模塊模塊實現(xiàn)對程序代碼的下載和調試實現(xiàn)對程序代碼的下載和調試UARTUART模塊模塊實現(xiàn)對調試信息的終端顯示實現(xiàn)對調試信息的終端顯示F存儲系統(tǒng)：存儲系統(tǒng)：FlashFlash存儲模塊存儲模塊存放啟動代碼、操作系統(tǒng)和用戶存放啟動代碼、操作系統(tǒng)和用戶應用程序代碼應用程序代碼SDRAMSDRAM模塊模塊為系統(tǒng)運行提供動態(tài)存儲空間，是系為系統(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)域統(tǒng)代碼運行的主要區(qū)域基于Cortex-M3的STM32F10 x最小系統(tǒng)6.3 電源及控制、復位電路FCortex-M3Cortex-M3主要指標：主要指標：0.19W/MHz0.

7、19W/MHz，1.25DMIPS/MHz1.25DMIPS/MHz；F若達到若達到5DMIPS5DMIPS的性能：的性能：Cortex-M3Cortex-M3工作頻率只需工作頻率只需4MHz4MHz，功耗功耗0.76W0.76W；5151單片機，單片機，工作頻率需工作頻率需60MHz60MHz，功耗，功耗30W30W；FSTM32F103STM32F103處理器系統(tǒng)頻率為處理器系統(tǒng)頻率為72MHz72MHz，處理器性能可達到，處理器性能可達到90DMIPS90DMIPS，此時，此時Cortex-M3Cortex-M3功耗約功耗約14W14W左右左右。F在性能和功耗上達到了很高的水平在性能和功

8、耗上達到了很高的水平！V VDDA/DDA/VSSAVSSA獨立電源獨立電源/ /地地2.0至至3.6V：為：為ADC、復、復位、位、RC振蕩器和振蕩器和PLL的的模擬部分供電。使用模擬部分供電。使用ADC時，時，VDD不得小于不得小于2.4V。VREF+的電壓范圍的電壓范圍2.4V-VDDA， VREF-引腳若引腳若有必須連接到有必須連接到VSSA。V VDDDD：主電源：主電源/ /工作電壓工作電壓 V VSSSS：地：地2.0至至3.6V：通過內置調：通過內置調壓器提供壓器提供1.8V的電源，的電源，供內核使用、供內核使用、3.3V供供I/O管腳。管腳。V VBATBAT：后備后備電池供

9、電電池供電電源及控制、復位電路FSTM32STM32內部集成了內部集成了上電復位上電復位PORPOR(Power On Reset)/(Power On Reset)/掉電掉電復位復位PDRPDR (Power Down Reset) (Power Down Reset)電路，該電路始終處于電路，該電路始終處于工作狀態(tài)，保證系統(tǒng)在供電超過工作狀態(tài)，保證系統(tǒng)在供電超過2V2V時工作；時工作；F當當V VDDDD低于設定的閥值低于設定的閥值(V(VPORPOR/V/VPDRPDR) )時，置器件于復位狀態(tài)時，置器件于復位狀態(tài)，而不必使用外部復位電路。，而不必使用外部復位電路。約約2.5ms電源及控

10、制、復位電路F在在V VDDDD電壓由低向高上升越過規(guī)定的閥值電壓由低向高上升越過規(guī)定的閥值V VPORPOR之前，保持之前，保持芯片復位，當越過這個閥值后芯片復位，當越過這個閥值后t tRSTTEMPORSTTEMPO秒（待電源可靠供秒（待電源可靠供電），才開始取復位向量，并執(zhí)行指令。電），才開始取復位向量，并執(zhí)行指令。F在在V VDDDD電壓由高向低下降越過規(guī)定的閥值電壓由高向低下降越過規(guī)定的閥值V VPDRPDR后，將在芯后，將在芯片內部產(chǎn)生復位片內部產(chǎn)生復位可編程電壓監(jiān)測器PVDF可編程電壓監(jiān)測器可編程電壓監(jiān)測器PVD (Programmable Voltage PVD (Progra

11、mmable Voltage Detector)Detector)，監(jiān)視，監(jiān)視V VDDDD供電并與閥值供電并與閥值V VPVDPVD比較，當比較，當VDDVDD低于低于或高于閥值或高于閥值V VPVDPVD時將根據(jù)外部中斷第時將根據(jù)外部中斷第1616線的上升線的上升/ /下降邊下降邊沿觸發(fā)設置，產(chǎn)生沿觸發(fā)設置，產(chǎn)生PVDPVD中斷。中斷。 F中斷處理程序可以發(fā)出警告信息或將微控制器轉入安全中斷處理程序可以發(fā)出警告信息或將微控制器轉入安全模式，但需要通過程序開啟模式，但需要通過程序開啟PVDPVD。 F電源控制電源控制/ /狀態(tài)寄存器（狀態(tài)寄存器（PWR_CSRPWR_CSR）中的中的PVOD

12、PVOD標志位用來標志位用來表明表明V VDDDD是否低于或高于閥值是否低于或高于閥值V VPVDPVD 。 系統(tǒng)復位F系統(tǒng)復位將清除時鐘控制器系統(tǒng)復位將清除時鐘控制器CSRCSR中的復位標志和備用域中的復位標志和備用域寄存器之外的所有寄存器。下列事件都將引起復位：寄存器之外的所有寄存器。下列事件都將引起復位：FNRST: NRST: 外部異步復位引腳外部異步復位引腳F看門狗計時器計時終止（看門狗計時器計時終止（WWDGWWDG復位）復位） F獨立看門狗計數(shù)終止（獨立看門狗計數(shù)終止（IWDGIWDG復位）復位） F軟件復位（軟件復位（SWSW復位）復位） F低功耗管理復位。低功耗管理復位。 三

13、種低功耗模式F休（睡）眠模式：休（睡）眠模式： 只有只有CPUCPU停止工作，所有外設繼續(xù)運行，在中斷停止工作，所有外設繼續(xù)運行，在中斷/ /事事件發(fā)生時喚醒件發(fā)生時喚醒CPUCPU。 調壓器調壓器1.8V1.8V區(qū)供電工作。區(qū)供電工作。F停止（機）模式：停止（機）模式： 允許以最小的功耗來保持允許以最小的功耗來保持SRAMSRAM和寄存器的內容。和寄存器的內容。 1.8V1.8V區(qū)域的時鐘都區(qū)域的時鐘都停止其他部分工作，停止其他部分工作，PLLPLL，HSIHSI和和HSEHSE的的 RCRC振蕩器被禁振蕩器被禁能。能。 當外部中斷源（當外部中斷源（1616個個外部中斷線之一）、外部中斷線之

14、一）、PVDPVD輸出、輸出、RTCRTC鬧鐘、或者鬧鐘、或者USBUSB喚醒喚醒信號，退出停止模式。信號，退出停止模式。 三種低功耗模式F待機模式：待機模式： 追求最少的功耗，內部調壓器被關閉，這樣追求最少的功耗，內部調壓器被關閉，這樣1.8V1.8V區(qū)區(qū)域斷電。域斷電。 除了備份寄存器和待機電路，除了備份寄存器和待機電路，SRAMSRAM和寄存器的內容和寄存器的內容也會丟失。也會丟失。RTC,IWDGRTC,IWDG和相關的時鐘源不會停止。和相關的時鐘源不會停止。 當外部復位（當外部復位（NRSTNRST引腳）、引腳）、IWDGIWDG復位、復位、WKUPWKUP引腳出引腳出現(xiàn)上升沿或者現(xiàn)

15、上升沿或者RTCRTC鬧鐘時間到時，退出待機模式。鬧鐘時間到時，退出待機模式。 6.4 存儲器與總線架構FSTM32STM32的各外圍模塊與的各外圍模塊與Cortex-M3Cortex-M3內核，通過各類總線連內核，通過各類總線連接在一起，形成一個有機的整體。接在一起，形成一個有機的整體。FCortex-M3Cortex-M3的的ICodeICode 、DCodeDCode、SystemSystem總線和總線和DMADMA總線總線四四個驅動單元，個驅動單元，F(xiàn)與閃存存儲器接口、與閃存存儲器接口、SRAMSRAM和和AHB2APBAHB2APB橋三個被動單元，橋三個被動單元，F(xiàn)通過總線矩陣聯(lián)接在

16、一起通過總線矩陣聯(lián)接在一起。F總線矩陣采取輪換算法仲裁、協(xié)調內核總線矩陣采取輪換算法仲裁、協(xié)調內核SystemSystem總線和總線和DMADMA主控總線之間的訪問。主控總線之間的訪問。AHBAHB外設通過總線矩陣與系統(tǒng)總線外設通過總線矩陣與系統(tǒng)總線相連，允許相連，允許DMADMA訪問。訪問。F兩個兩個AHB/APBAHB/APB橋在橋在AHBAHB和和2 2個個APBAPB總線間提供同步連接?？偩€間提供同步連接。APB1APB1操作速度限于操作速度限于36MHz36MHz，APB2APB2操作于全速操作于全速72MHz72MHz。STM32F1xx存儲器映像FCortex-M3Cortex-

17、M3有有3232根根地址線，所以它地址線，所以它的尋址空間大小的尋址空間大小為為232 bit=4GB232 bit=4GBF程序存儲器、數(shù)程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、寄存據(jù)存儲器、寄存器和輸入輸出端器和輸入輸出端口（外設）被組口（外設）被組織在同一織在同一4GB4GB線性線性地址空間內。地址空間內。F把地址從把地址從0 x4000 0 x4000 00000000至至0 x5FFF 0 x5FFF FFFF(512MB )FFFF(512MB )的的地址分配給片上地址分配給片上外設。外設。FSTM32F103STM32F103片內各外設的寄存器組起始地址片內各外設的寄存器組起始地址起始地址起始地

18、址外設外設總總線線0 x4002 2400 - 0 x4002 3FFF保留AHB0 x4002 2000 - 0 x4002 23FF閃存接口0 x4002 1400 - 0 x4002 1FFF保留0 x4002 1000 - 0 x4002 13FF復位和時鐘0 x4002 0400 - 0 x4002 0FFF保留0 x4002 0000 - 0 x4002 03FFDMA0 x4001 3C00 - 0 x4001 3FFF保留APB1APB20 x4001 3800 - 0 x4001 3BFFUSART10 x4001 3400 - 0 x4001 37FF保留0 x4001 3

19、000 - 0 x4001 33FFSPI10 x4001 2C00 - 0 x4001 2FFFTIM1時鐘0 x4001 2800 - 0 x4001 2BFFADC20 x4001 2400 - 0 x4001 27FFADC10 x4001 2000 - 0 x4001 1FFF保留0 x4001 1800 - 0 x4001 1BFFGPIO端口E0 x4001 1400 - 0 x4001 17FFGPIO端口D0 x4001 1000 - 0 x4001 13FFGPIO端口C0 x4001 0C00 - 0 x4001 0FFFGPIO端口B0 x4001 0800 - 0 x

20、4001 0BFFGPIO端口A0 x4001 0400 - 0 x4001 07FFEXTI0 x4001 0000 - 0 x4001 03FFAFIO起始地址起始地址外設外設總線總線0 x4000 7000 - 0 x4000 73FF電源控制APB1APB20 x4000 6C00 - 0 x4000 6FFF后備寄存器(BKP)0 x4000 6800 - 0 x4000 6BFF保留0 x4000 6400 - 0 x4000 67FFbxCAN0 x4000 6000 - 0 x4000 63FFUSB的SRAM 256x16位0 x4000 5C00 - 0 x4000 5FF

21、FUSB寄存器0 x4000 5800 - 0 x4000 5BFFI2C20 x4000 5400 - 0 x4000 57FFI2C10 x4000 5000 - 0 x4000 4FFF保留0 x4000 4800 - 0 x4000 4BFFUSART30 x4000 4400 - 0 x4000 47FFUSART20 x4000 4000 - 0 x4000 3FFF保留0 x4000 3800 - 0 x4000 3BFFSPI20 x4000 3400 - 0 x4000 37FF保留0 x4000 3000 - 0 x4000 33FF獨立看門狗(IWDG)0 x4000 2

22、C00 - 0 x4000 2FFF窗口看門狗(WWDG)0 x4000 2800 - 0 x4000 2BFFRTC0 x4000 2400 - 0 x4000 0FFF保留0 x4000 0800 - 0 x4000 0BFFTIM4定時器0 x4000 0400 - 0 x4000 07FFTIM3定時器0 x4000 0000 - 0 x4000 03FFTIM2定時器STM32F1xx存儲器映像F低密度低密度閃閃存模存模塊的塊的組組織織模塊模塊名稱名稱地址地址大小大小(字節(jié)字節(jié))主存儲塊主存儲塊頁頁00 x0800 0000 - 0 x0800 03FF1K頁頁10 x0800 04

23、00 - 0 x0800 07FF1K頁頁310 x0800 7000 - 0 x0800 73FF1K信息塊信息塊系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)存儲器0 x1FFF F000 - 0 x1FFF F7FF2K用戶選擇字節(jié)用戶選擇字節(jié)0 x1FFF F800 - 0 x1FFF F80F16閃存接口寄存器閃存接口寄存器FLASH_ACR0 x4002 2000 - 0 x4002 20034FALSH_KEYR0 x4002 2004 - 0 x4002 20074FLASH_OPTKEYR0 x4002 2008 - 0 x4002 200B4FLASH_SR0 x4002 200C - 0 x4002 2

24、00F4FLASH_CR0 x4002 2010 - 0 x4002 20134FLASH_AR0 x4002 2014 - 0 x4002 20174保留保留0 x4002 2018 - 0 x4002 201B4FLASH_OBR0 x4002 201C - 0 x4002 201F4FLASH_WRPR0 x4002 2020 - 0 x4002 20234中、高密度的主存儲塊中、高密度的主存儲塊127頁，其中高密度每頁頁，其中高密度每頁2k字節(jié)字節(jié)STM32F10X的三種啟動模式F通過通過BOOT1:0引腳選擇引腳選擇不同不同啟動模式，實現(xiàn)啟動模式，實現(xiàn)實例：實例： 啟動模式選擇管腳啟

25、動模式選擇管腳啟動模式啟動模式說明說明BOOT1BOOT0X0用戶閃存存儲器用戶閃存存儲器 用戶閃存為啟動區(qū)用戶閃存為啟動區(qū)01系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)存儲器被選為啟動區(qū)系統(tǒng)存儲器被選為啟動區(qū)11內嵌內嵌SRAMSRAM內嵌內嵌SRAMSRAM被選為啟動區(qū)被選為啟動區(qū)STM32F10X的啟動模式F通過選擇管腳通過選擇管腳設置設置BOOTBOOT配置，內置配置，內置FlashFlash、系統(tǒng)存儲區(qū)、系統(tǒng)存儲區(qū)或內置或內置SRAMSRAM會被映射到地址會被映射到地址0 x000 x00( (啟動存儲區(qū)啟動存儲區(qū)) )；FCPUCPU從的從的0 x0000_00040 x0000_0004指示的地址

26、開始執(zhí)行代碼指示的地址開始執(zhí)行代碼。F系統(tǒng)系統(tǒng)存儲器中存儲器中內置了內置了BootloaderBootloader代碼，幫助用戶可以從代碼，幫助用戶可以從USART1 USART1 或或USART2USART2接口接收數(shù)據(jù)和命令，對內置的接口接收數(shù)據(jù)和命令，對內置的FLASH FLASH 進行重新編程進行重新編程。F從從SRAMSRAM啟動：在應用程序的初始化部分，通過啟動：在應用程序的初始化部分，通過NVICNVIC異常異常表和偏移寄存器，重新定位表和偏移寄存器，重新定位Vector TableVector Table。6.5 STM32的時鐘系統(tǒng) FSTM32STM32芯片為了實現(xiàn)低功耗，

27、設計了一個功能完善但卻芯片為了實現(xiàn)低功耗，設計了一個功能完善但卻非常復雜的時鐘系統(tǒng)。一個步驟，就是開啟外設時鐘。非常復雜的時鐘系統(tǒng)。一個步驟，就是開啟外設時鐘。F下圖說明了下圖說明了STM32STM32的時鐘走向，從圖的左邊開始，從時的時鐘走向，從圖的左邊開始，從時鐘源一步步分配到外設時鐘。鐘源一步步分配到外設時鐘。F高速時鐘是提供給芯片主體的主時鐘，低速時鐘只是提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供給芯片中的RTCRTC（實時時鐘）及獨立看門狗使用。（實時時鐘）及獨立看門狗使用。F內部時鐘是在芯片內部內部時鐘是在芯片內部RCRC振蕩器產(chǎn)生的，起振較快，芯振蕩器產(chǎn)生的

28、，起振較快，芯片剛上電的時候使用內部高速時鐘。片剛上電的時候使用內部高速時鐘。F外部時鐘信號是由外部的晶振輸入的，精度和穩(wěn)定性好外部時鐘信號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用外部時鐘信號。，上電之后通過軟件配置再轉用外部時鐘信號。 STM32的時鐘系統(tǒng)STM32STM32的的4 4個時鐘源個時鐘源: :F高速外部時鐘（高速外部時鐘（HSEHSE）：外部晶振時鐘源，晶振頻率）：外部晶振時鐘源，晶振頻率416MHz416MHz，一般用，一般用8MHz8MHz的晶振。的晶振。 F高速內部時鐘（高速內部時鐘（HSIHSI）：內部）：內部RCRC振蕩器產(chǎn)生，頻率為振蕩器產(chǎn)生，頻率為8MHz8MHz，但不穩(wěn)定。，但不穩(wěn)定。 F低速外部時鐘（低速外部時鐘（LSELSE）：外部晶振作時鐘源，主要提供）