【嵌入式】STM32硬件系统复习

前言

硬件方面有很多东西长时间不接触容易忘记，复习的时候记录一下自己的想法，这样便于快速恢复

时钟系统

SPI的初始化中需要配置波特率分频系数，需要了解stm32的时钟和总线等基础结构知识才能搞清楚SPI的实际可配置的工作频率。此外，在网上查找有关SPI的峰值工作频率出现了很多超频会跑飞的情况，大部分的说法是虽然STM32的SPI支持很多不同的工作频率，但最终的选择会受到硬件等诸多因素的影响。
STM32之所以会有相比51单片机复杂很多的时钟系统，是因为stm32f4的结构和外设非常的丰富和复杂，不同的外设所需要的时钟频率是不一样的，为了降低功耗需要因地制宜……STM32的时钟系统有很多功能如果不是使用到的话很难记忆，所以暂时先只熟悉一下默认情况下的STMf4的时钟配置信息。

这张图应该是学习STM32必定会看到一张图，其实里面很多东西不需要记忆，就算记住了长时间不接触也会忘掉。。所以只能能大概看懂我觉得就可以了。。
虽然STM32提供了很多不同的时钟源选择，但是最常见的是 采用HSE外部高速时钟，外接一个8Mhz的晶振->经过PLL后产生168Mhz提供给系统时钟 。SYSCLK：系统时钟，总线、外设等所有的时钟均是以它为基础的，它是整个芯片系统的脉搏。在STM32执行main函数之前会先执行SysTickInit：选择HSE并等待它稳定->设定AHB、APB1/2分频系数->设定PLL的参数（PLL的时钟源以及分频系数等）并且等待它稳定->选择PLL倍频为系统的时钟源。这些步骤结束后，整个系统的时钟就完全确定了。
PLL=SYSCLK（系统时钟）=HCLK（AHB总线时钟）=168Mhz；
PCLK1（APB1总线时钟）=HCLK/4=42Mhz；
PCLK2（APB2总线时钟）=HCLK/2=84Mhz；
以上是对默认情况下STM32的时钟系统的简单回顾，其实是学习STM32时的一个很基础的内容。

SPI时钟频率问题

stm32f4系列的SPI1外设挂载在SPB2总线上，所以SPI1的基础时钟频率是84Mhz。在对SPI1的初始化中，需要设置SPI波特率发生器的预分频系数，如下图：SPI1的波特率理论上最高可达PCLK2/2即42Mhz。

http://www.openedv.com/posts/list/28715.htm 该楼主发现在STM32F4的datasheet上SPI的器件特性写明最高支持到37.5Mhz：

所以对于主频仍采用168Mhz的情况下，采用4分频即21Mhz会比较稳妥。如果仍采用2分频即42Mhz就相当于是计算机的超频使用，偶尔一两次没问题，但不适合作为产品设计或者是长时间高稳定性的使用场景。所以采用21Mhz相当于是为了稳定和安全的一种妥协吧。
顺便搜索了一下为什么大部分串口的波特率都采用115200或者9600：串口的波特率越高，有效传输距离就越短，对于115200大概只有5M左右，而且波特率越大越容易出错，所以和SPI是同一个道理。串口通信的种种限制是导致它们带宽有限的主要原因吧……

SYSTICK滴答定时器

systick是一个非常简单的定时器，arm官方要求芯片中必须有这样一个定时器。它占用资源很少，一旦使能后就会一直工作，即使在睡眠模式下也正常运转。

• 本质上就是一个递减计数器，当递减到0时从重装载寄存器中读取新的数值继续递减；
• 如果使能了中断就会在每次递减到0时触发systick中断；
• 时钟源可以是HCLK/8或者HCLK，对于F4芯片，HCLK=168Mhz；

正点原子的延时函数没有使用systick中断，它的原理是：

1. 初始化systick的时钟源为HCLK/8；
2. 获取到用户想要延时的时长并根据systick的时钟源确定一个装载值；
3. 将val当前值寄存器清空，使能systick定时器；
4. systick定时器加载一个值后进行递减；
5. 程序始终监视CTRL寄存器中的countflag标志位是否为1；
6. 如果为1就立即关闭systick定时器

外部中断

STM32F405ZGT6有7组GPIO（A-G），每组有16个GPIO口（0-15），一共144个GPIO口。外部中断先EXTI有16个（0-15）
GPIOX.0映射到EXTI0以此类推。其实用多了以后很好理解，外部可以是板上外设例如按键，也可以是网络模块，它们在某一时刻会触发电平的变化，而外部中断就可以捕获它们并执行相应的中断函数。
比较重要的一个概念是，对于EXTI0，GPIOA0-GPIOG0中同时只能有一个映射到EXTI0。
中断服务函数和中断向量表有关，我的理解是，当触发中断时，会到中断向量表中找到指定的函数地址，进而去执行相应的处理函数。因为中断向量表中只分配了7个，所以只有7个中断服务函数，如下：
EXTI0_IRQHandler
EXTI1_IRQHandler
EXTI2_IRQHandler
EXTI3_IRQHandler
EXTI4_IRQHandler
EXTI9_5_IRQHandler
EXTI15_10_IRQHandler

void EXTIX_Init(void)
{
	NVIC_InitTypeDef   NVIC_InitStructure;
	EXTI_InitTypeDef   EXTI_InitStructure;
 
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);//ʹÄÜSYSCFGʱÖÓ
	
	SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOE, EXTI_PinSource4);//PE4 Á¬½Óµ½ÖжÏÏß4

	/* ÅäÖÃEXTI_Line2,3,4 */
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line4;
  	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;//ÖжÏʼþ
  	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling; //ϽµÑØ´¥·¢
  	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;//ÖжÏÏßʹÄÜ
 	 EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);//ÅäÖÃ
	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI4_IRQn;//ÍⲿÖжÏ4
 	 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x01;//ÇÀÕ¼ÓÅÏȼ¶1
 	 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02;//×ÓÓÅÏȼ¶2
 	 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//ʹÄÜÍⲿÖжÏͨµÀ
 	 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//ÅäÖÃ
}

通用定时器

通用定时器的时钟来源有很多，支持定时器级联等，但是最基础的就是直接使用外设总线的时钟，以TIM5为例，时钟来源是PCLK1（APB1总线时钟）=HCLK/4=42Mhz；然后，通过psc预分频器处理后得到定时器最终的计数频率。

采用APB1作为时钟来源时，有一句非常绕人的话：如果APB1的分频系数是1，也就是说APB1等于AHB时，通用定时器的时钟来源就是APB1，如果不是，比如说最常见的是APB1=AHB/4=42Mhz，分频系数是4，所以此时通用定时器的时钟来源是42*2=84Mhz。注意！！！！！！！这里并不是通用定时器最终的频率，还需经过psc预分频器处理才能得到。

实现定时器指定的周期触发中断，背景是向上/向下计数模式。需要参考如下的计算方法：
假设需要实现xms中断一次：首先可以知道的是，定时器的时钟源频率是APB1*2=84Mhz，然后经过psc的分频得到的定时器计数频率是：APB1*2/（PSC+1）。所以（PSC+1）/APB1*2就是指定时器计数跳动一次的耗时，所以溢出事件发生的总间隔是
（ARR+1）*（PSC+1）/APB1*2。这里最重要的是分频系数和重装载值在计算的时候都需要加1。我的理解是：重装载的时候本身也需要消耗一次，所以是ARR+1.