STM32存儲(chǔ)器和總線架構(gòu)學(xué)習(xí)

要學(xué)習(xí)一個(gè)MCU，首先要學(xué)習(xí)這個(gè)芯片的架構(gòu)，比如這個(gè)芯片是32bit 的RSIC V還是哈佛架構(gòu)，對(duì)于STM32F4，它采用ARMv7-ME架構(gòu)，是32位處理器，哈佛結(jié)構(gòu)，三級(jí)流水線，Thumb-2指令集，擴(kuò)展的DSP指令和SIMD指令，單周期MAC，可選的單精度FPU，可選的MPU,可選的Debug$trace接口

可配置的NVIC，可配置的WIC（wakeup interrupt controller）

3套AHB-Lite總線接口

主系統(tǒng)由 32 位多層 AHB 總線矩陣構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)以下部分的互連：

• 八條主控總線：
• Cortex?-M4F 內(nèi)核，Icode總線（I-bus，讀取指令）Dcode總線(D-bus，訪問數(shù)據(jù))，System總線(S-bus，內(nèi)核系統(tǒng)總線)
• DMA1 存儲(chǔ)器總線
• DMA2 存儲(chǔ)器總線
• DMA2 外設(shè)總線
• 以太網(wǎng) DMA 總線
• USB OTG HS DMA 總線
• 七條被控總線:
• 內(nèi)部 Flash ICode 總線
• 內(nèi)部 Flash DCode 總線
• 主要內(nèi)部 SRAM1 (112 KB)
• 輔助內(nèi)部 SRAM2 (16 KB)
• 輔助內(nèi)部 SRAM3 (64 KB)（僅適用于 STM32F42xxx 和 STM32F43xxx 器件）
• AHB1 外設(shè)（包括 AHB-APB 總線橋和 APB 外設(shè)）
• AHB2 外設(shè)
• FSMC

每次芯片復(fù)位后，所有外設(shè)時(shí)鐘都被關(guān)閉（SRAM 和 Flash 接口除外）。使用外設(shè)前，必須 在 RCC_AHBxENR 或 RCC_APBxENR 寄存器中使能其時(shí)鐘。

注意：對(duì) APB 寄存器執(zhí)行 16 位或 8 位訪問時(shí)，該訪問將轉(zhuǎn)換為 32 位訪問：總線橋?qū)?16 位或 8 位數(shù)據(jù)復(fù)制后提供給 32 位向量。

存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)

程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、寄存器和 I/O 端口排列在同一個(gè)順序的 4 GB 地址空間內(nèi)。

各字節(jié)按小端格式在存儲(chǔ)器中編碼。字中編號(hào)最低的字節(jié)被視為該字的最低有效字節(jié)，而編號(hào)最高的字節(jié)被視為最高有效字節(jié)。

可尋址的存儲(chǔ)空間分為 8 個(gè)主要塊，每個(gè)塊為 512 MB。

嵌入式 SRAM

STM32F405xx/07xx 和 STM32F415xx/17xx 帶有 4 KB 備份 SRAM和 192 KB 系統(tǒng) SRAM。

系統(tǒng) SRAM 可按字節(jié)、半字（16 位）或全字（32 位）訪問。讀寫操作以 CPU 速度執(zhí)行， 且等待周期為 0。系統(tǒng) SRAM 分為三個(gè)塊：

映射在地址 0x2000 0000 的 112 KB 和 16 KB 塊，可供所有 AHB 主控總線訪問。

在地址 0x1000 0000 映射的 64 KB 塊，只能供 CPU 通過數(shù)據(jù)總線訪問。

Flash

Flash 接口可管理 CPU 通過 AHB I-Code 和 D-Code 對(duì) Flash 進(jìn)行的訪問。該接口可針對(duì) Flash 執(zhí)行擦除和編程操作，并實(shí)施讀寫保護(hù)機(jī)制。Flash 接口通過指令預(yù)取和緩存機(jī)制加速 代碼執(zhí)行

Flash 具有以下主要特性：

● 對(duì)于 STM32F40x 和 STM32F41x，容量高達(dá) 1 MB；

● 128 位寬數(shù)據(jù)讀取

● 字節(jié)、半字、字和雙字?jǐn)?shù)據(jù)寫入

● 扇區(qū)擦除與全部擦除

● 存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)

Flash 結(jié)構(gòu)如下：

● 主存儲(chǔ)器塊，分為 4 個(gè) 16 KB 扇區(qū)、1 個(gè) 64 KB 扇區(qū)和 7 個(gè) 128 KB 扇區(qū)

● 系統(tǒng)存儲(chǔ)器，器件在系統(tǒng)存儲(chǔ)器自舉模式下從該存儲(chǔ)器啟動(dòng)

● 512 字節(jié) OTP（一次性可編程），用于存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)

OTP 區(qū)域還有 16 個(gè)額外字節(jié)，用于鎖定對(duì)應(yīng)的 OTP 數(shù)據(jù)塊。

● 選項(xiàng)字節(jié)，用于配置讀寫保護(hù)、BOR 級(jí)別、軟件/硬件看門狗以及器件處 于待機(jī)或停止模式下的復(fù)位。

● 低功耗模式

對(duì)比一個(gè)建立好的工程文件，對(duì)SRAM和ROM的默認(rèn)配置如下

說明STM32F407系列主要用的ROM是4個(gè)16KB的扇區(qū)，SRAM用的是 112 KB 和 16 KB 的SRAM，同時(shí)也可以勾選 0x1000 0000 映射的 64 KB 區(qū)域，但是這一部分只能供CPU通過數(shù)據(jù)訪問。

位段

Cortex?-M4F 存儲(chǔ)器映射包括兩個(gè)位段區(qū)域。這些區(qū)域?qū)⒋鎯?chǔ)器別名區(qū)域中的每個(gè)字映射 到存儲(chǔ)器位段區(qū)域中的相應(yīng)位。在別名區(qū)域?qū)懭胱謺r(shí)，相當(dāng)于對(duì)位段區(qū)域的目標(biāo)位執(zhí)行讀-修改-寫操作。

在 STM32F4xx 器件中，外設(shè)寄存器和 SRAM 均映射到一個(gè)位段區(qū)域，這樣可實(shí)現(xiàn)單個(gè)位段的 讀寫操作。這些操作僅適用于 Cortex?-M4F 訪問，對(duì)于其它總線主接口（如 DMA）無效。

可通過一個(gè)映射公式說明別名區(qū)域中的每個(gè)字與位段區(qū)域中各個(gè)位之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。映射公式為：

bit_word_addr = bit_band_base + (byte_offset x 32) + (bit_number × 4)

其中：

— bit_word_addr 代表別名區(qū)域中將映射到目標(biāo)位的字的地址

— bit_band_base 代表別名區(qū)域的起始地址

— byte_offset 代表目標(biāo)位所在位段區(qū)域中的字節(jié)編號(hào)

— bit_number 代表目標(biāo)位的位位置 (0-7)。

示例

下例說明如何將 SRAM 地址 0x20000300 處字節(jié)的位 2 映射到別名區(qū)域：

0x22006008 = 0x22000000 + (0x30032) + (24)

對(duì)地址 0x22006008 執(zhí)行寫操作相當(dāng)于在 SRAM 地址 0x20000300 處字節(jié)的位 2 執(zhí)行讀-修 改-寫操作。

對(duì)地址 0x22006008 執(zhí)行讀操作將返回 SRAM 地址 0x20000300 處字節(jié)的位 2 的值（0x01 表示位置位，0x00 表示位復(fù)位）。

自舉配置

存儲(chǔ)器采用固定的存儲(chǔ)器映射，代碼區(qū)域起始地址為 0x0000 0000（通過 ICode/DCode 總 線訪問），而數(shù)據(jù)區(qū)域起始地址為 0x2000 0000（通過系統(tǒng)總線訪問）。Cortex?-M4F CPU 始終通過 ICode 總線獲取復(fù)位向量，這意味著只有代碼區(qū)域（通常為 Flash）可以提供 自舉空間。STM32F4xx 微控制器實(shí)施一種特殊機(jī)制，可以從其它存儲(chǔ)器（如內(nèi)部 SRAM） 進(jìn)行自舉。

在 STM32F4xx 中，可通過 BOOT[1:0] 引腳選擇三種不同的自舉模式

所以，一般情況下，我們板子上配置的都是BOOT0拉低，如果在調(diào)試時(shí)，則可以將BOOT0,BOOT1都拉高，以此來降低FLASH的擦寫次數(shù)，提高壽命。

但是也要注意，如果器件從 SRAM 自舉，在應(yīng)用程序初始化代碼中，需要使用 NVIC 異常及中斷向量表和偏 移寄存器來重新分配 SRAM 中的向量表。

復(fù)位后，在 SYSCLK 的第四個(gè)上升沿鎖存 BOOT 引腳的值。復(fù)位后，用戶可以通過設(shè)置 BOOT1 和 BOOT0 引腳來選擇需要的自舉模式。

BOOT0 為專用引腳，而 BOOT1 則與 GPIO 引腳共用。一旦完成對(duì) BOOT1 的采樣，相應(yīng) GPIO 引腳即進(jìn)入空閑狀態(tài)，可用于其它用途。

器件退出待機(jī)模式時(shí)，還會(huì)對(duì) BOOT 引腳重新采樣。因此，當(dāng)器件處于待機(jī)模式時(shí)，這些引 腳必須保持所需的自舉模式配置。這樣的啟動(dòng)延遲結(jié)束后，CPU 將從地址 0x0000 0000 獲 取棧頂值，然后從始于 0x0000 0004 的自舉存儲(chǔ)器開始執(zhí)行代碼。

嵌入式自舉程序

嵌入式自舉程序模式用于通過以下串行接口重新編程 Flash：

● USART1(PA9/PA10)

● USART3（PB10/11 和 PC10/11）

● CAN2(PB5/13)

● USB OTG FS(PA11/12) 從設(shè)備模式（DFU：器件固件升級(jí)）。

USART 外設(shè)以內(nèi)部 16 MHz 振蕩器 (HSI) 頻率運(yùn)行，而 CAN 和 USB OTG FS 則需要相當(dāng) 于 1 MHz 數(shù)倍（4 MHz 到 26 MHz 之間）的外部時(shí)鐘 (HSE) 頻率。

嵌入式自舉程序代碼位于系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，在芯片生產(chǎn)期間由 ST 編程。