嵌入式系统（四）：STM32微控制器及最小系统（1）

一、STM32微控制器概述

STM32系列32位闪存微控制器使用ARM公司的Cortex-M3内核，按内核架构分为不同产品，其中STM32F系列有：STM32F103“增强型”系列；STM32F101“基本型”系列；STM32F105、STM32F107“互联型”系列。

1、控制器主要参数：

2、内部资源情况：

3、STM32总线系统

其中STM32的Cortex-M3内核通过指令总线与Flash存储器连接；数据总线和系统总线和先进高速总线（Advanced High Speed Buses，简称AHB）相连。

4、存储器映射

0x00000000~0x1FFFFFFF
代码区：该区用来存放程序 

0x20000000~0x3FFFFFFF
该区用于片内SRAM   

0x40000000~0x5FFFFFFF
片上外设区，其中分配给各个外设的地址空间分为三类：APB1总线外设存储地址；
APB2总线外设存储地址；AHB总线外设存储地址

0x60000000~0x9FFFFFFF
静态存储器控制区(FSMC)：用于扩展外部存储器

0xA0000000～0xDFFFFFFF
用于片外外设扩展

0xE0000000～0xFFFFFFFF
私有外设区：用于NVIC、MPU及调试组件等使用

代码区起始地址从0x00000000开始；片上SRAM从0x20000000开始；用户设备的存储映射从0x40000000开始，其中设备寄存器地址位于外设位带区；Cortex-M3内核寄存器地址从0xE0000000处开始。

Flash存储区由三部分组成，首先用户Flash区从0x08000000开始；其次系统存储区是一个4KB的Flash存储空间，存储出厂启动引导（Bootloader）;最后一部分从0x1FFFF800开始，含有一组可配置字节，允许用户对STM32进行系统配置。

5、STM32启动模式

各种启动设置，启动后执行第一条指令的位置不同，会造成不同的结果。

6、程序下载调试电路

STM32F10xxx使用Cortex-M3内核,该内核内含硬件调试模块,支持复杂的调试操作。

硬件调试模块允许内核在取值或访问数据时停止，内核停止时，内核的内部状态和系统外部状态都可以查询，完成查询后，内核和外设可被复原，程序继续执行。

STM32F10xxx当连接到调试器并开始调试时，调试器将使用内核的硬件调试模块进行调试操作，支持两种调试接口：
(1) JTAG调试接口；(2) 串行接口(Serial Wire, SW)

7、STM32最小系统

使用最少的硬件就可以使得我们的STM32系统进行正常的工作。

电源：

电源是一个控制器运行的最必要的条件。

STM32F103系列微控制器采用的电源工作范围是2.0~3.6V，常规设计一般选用3.3V电源。

复位

STM32F103支持3种复位形式，即系统复位、电源复位和备份区域复位。

系统复位：

将复位除时钟控制器CSR中的复位标志和备用域寄存器外的所有寄存器
①NRST引脚上出现低电平（如外部按钮复位）。其复位效果与需要的时间、微控制器供电电压、复位阈值等相关。为了使其充分复位，在工作电压3.3V时，复位时间200ms。复位入口地址为0x00000004。
②窗口看门狗计数终止(WWDG复位) ；
③独立看门狗计数终止（IWDG复位）；
④软件复位（SW复位），通过设置相应的控制寄存器位来实现；
⑤低功耗管理复位，进入待机模式或停止模式时引起的复位。

电源复位

电源复位能复位除备份域寄存器外的所有寄存器。（比系统复位还强，时钟控制器也可以通过这里复位。）

（1）利用上电瞬时通过电容短路的特点以及常态断路的特点，产生一个脉冲信号，并连接到芯片NRST引脚从而产生RESET。
（2）STM32单片机集成了一个上电复位(POR)和掉电复位(PDR)电路，当供电电压达到2V时，系统就能正常工作。只要Vdd低于特定的阈值，不需要外部复位电路，STM32就能处于复位模式。

备份域复位

当以下事件中之一发生时，产生备份区域复位：
①软件复位后，备份区域复位可由设置备份区域控制寄存器RCC_BDCR中的BDRST位产生。
②在VDD和VBAT两者掉电的前提下，VDD或VBAT上电将引发备份区域复位。

时钟源

最小化系统硬件需求

8、低功耗模式

当处理器不需继续运行时，可以利用多种低功耗模式来节省功耗。

• 睡眠模式：电压调节器工作正常，Cortex-M3处理器停止运行，但外设仍然正常运行，所有的SRAM和寄存器内容将被保留，所有I/O引脚都保持在运行模式时状态，功耗相对于正常模式得到降低。（处理器不工作，CPU不工作，外设正常运行，寄存器内容保留）
• 停止模式：也称为“深度睡眠模式”，电压调节器工作在停止模式，选择性地为某些模块提供1.8V电源，Cortex-M3停止运行，内部外设停止运行，所有的SRAM和寄存器内容被保留。（CPU不工作，内部外设不工作，电压调节器不工作，寄存器内容保留）
• 待机模式：整个1.8V区域断电，Cortex-M3处理器停止运行，内部外设停止运行，SRAM和寄存器内容丢失，备份寄存器内容保留，待机电路维持供电。（只有备份寄存器内容保留，其他全部停止或丢失内容）

从低功耗模式恢复后的处理如下：

• 睡眠模式时，只有处理器停止工作，SRAM、寄存器的值仍保留，程序当前执行状态信息并未丢失，因此从睡眠状态恢复后，回到进入睡眠状态指令的后一条指令开始执行。
• 停止模式时，SRAM、寄存器的值仍然保留，因此从停止状态恢复后，回到进入停止状态指令的后一条指令开始执行。但不同于睡眠模式，进入停止 模式，STM32时钟关断（与睡眠模式不同），因此恢复后，STM32将使用内部高速振荡器作为系统时钟。
• 待机模式时，所有SRAM和寄存器的值丢失，因此从待机模式恢复后，程序重新从复位初始位置开始执行（最惨烈），相当于一次软件复位效果。

二、STM32库函数及程序开发

1、STM32固件库

传统的单片机例如51微控制器，程序开发直接配置微控制器，通过查询寄存器表，看要用到哪些配置位，这些都是很琐碎和机械的工作，相对于简单微控制器例如51等寄存器数量少又很简单，可以通过直接配置寄存器的方式来开发。

但STM32单片机功能强大灵活，例如有关GPIO的配置寄存器就有十几个，如果去查询寄存器手册开发就很不方便。因此ST公司针对STM32提供函数接口，即API(Application Program Interface)，开发者可通过调用这些函数接口来配置STM32的寄存器，使得开发人员可以脱离最底层的寄存器操作，有开发快速、易于阅读和维护成本低等优点。

2、搭建开发环境及如何开发

• ARM公司的MDK
• Embedded Workbench公司的IAR开发环境
• ARM gcc编译器，选择合适的编辑器搭建开发平台