第二章STM32微处理器概述选编课件.ppt
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1、u Cortex-M3 Cortex-M3的体系结构的体系结构u 处理器的特点处理器的特点第二章第二章 STM32STM32微处理器概述微处理器概述2.12.1 Cortex-M3Cortex-M3的体系结构的体系结构1.Cortex-M31.Cortex-M3系列微处理器的主要特点系列微处理器的主要特点 Thumb-2 Thumb-2 指令集架构(指令集架构(ISAISA)的子集。)的子集。哈佛处理器架构,在加载哈佛处理器架构,在加载/存储数据的存储数据的同时能够执行指令取指。同时能够执行指令取指。三级流水线。三级流水线。32 32 位单周期乘法。位单周期乘法。具备硬件除法。具备硬件除法。T
2、humb Thumb 状态和调试状态。状态和调试状态。处理模式和线程模式。处理模式和线程模式。2.12.1 Cortex-M3Cortex-M3的体系结构的体系结构 ISR ISR 的低延迟进入和退出。的低延迟进入和退出。可中断可中断-可继续的可继续的LDM/STMLDM/STM,PUSH/POPPUSH/POP ARMv6 ARMv6类型类型BE8/LEBE8/LE支持。支持。ARMv6 ARMv6 非对齐访问。非对齐访问。分支预测功能分支预测功能2.12.1 Cortex-M3Cortex-M3的体系结构的体系结构三级流水线及执行过程三级流水线及执行过程2.12.1 Cortex-M3Co
3、rtex-M3的体系结构的体系结构2.2.基于基于 Cortex-M3Cortex-M3微处理器的结构微处理器的结构ARM Cortex-M3ARM Cortex-M3模块结构模块结构ARM Cortex-M3ARM Cortex-M3模块结构模块结构2.12.1 Cortex-M3Cortex-M3的体系结构的体系结构3.3.基于基于 Cortex-M3Cortex-M3微处理器的寄存器组微处理器的寄存器组ARM Cortex-M3ARM Cortex-M3处理器内存映射处理器内存映射2.12.1 Cortex-M3Cortex-M3的体系结构的体系结构4.Cortex-M34.Cortex
4、-M3的工作模式与状态的工作模式与状态 Cortex-M3Cortex-M3处理器代码可以是特权执行或非特权执行。处理器代码可以是特权执行或非特权执行。线程模式在复位之后为特权访问线程模式在复位之后为特权访问 。这里需要注意的是,处理模式始终是特权访问的。这里需要注意的是,处理模式始终是特权访问的。2.12.1 Cortex-M3Cortex-M3的体系结构的体系结构4.Cortex-M34.Cortex-M3的存储器系统的存储器系统 CM3 CM3的存储器系统与从传统的存储器系统与从传统 ARMARM架构的相比,已架构的相比,已经有过脱胎换骨般的改革了:经有过脱胎换骨般的改革了:v CM3C
5、M3的存储器映射是预定义的,且规定好哪个位置的存储器映射是预定义的,且规定好哪个位置使用哪条总线。使用哪条总线。v CM3 CM3存储器系统支持存储器系统支持“位绑定位绑定”(bit-band)(bit-band)操作。操作。v CM3 CM3的存储器系统支持非对齐访问和互斥访问。这的存储器系统支持非对齐访问和互斥访问。这两个特性是直到两个特性是直到v7Mv7M时才出来的。时才出来的。v CM3 CM3的存储器系统支持的存储器系统支持bothboth小端配置和大端配置。小端配置和大端配置。2.12.1 Cortex-M3Cortex-M3的体系结构的体系结构5.Cortex-M35.Corte
6、x-M3的的NVICNVIC嵌入式中断控制器嵌入式中断控制器v 进入中断方式进入中断方式 入栈:入栈:把把8 8个寄存器的值压入栈。个寄存器的值压入栈。取向量:从向量表中找出对应的中断服务程序入取向量:从向量表中找出对应的中断服务程序入口地址。口地址。选择堆栈指针选择堆栈指针MSP/PSPMSP/PSP,更新堆栈指针,更新堆栈指针SPSP,更新,更新连接寄存器连接寄存器LRLR,更新程序计数器,更新程序计数器PCPC。v 高效的低延迟异常处理高效的低延迟异常处理v NVIC NVIC 的寄存器以存储器映射的方式来访问的寄存器以存储器映射的方式来访问 使能与除能寄存器使能与除能寄存器 悬起与悬起
7、与“解悬解悬”寄存器寄存器 优先级寄存器优先级寄存器 活动状态寄存器活动状态寄存器2.12.1 Cortex-M3Cortex-M3的体系结构的体系结构v 标准标准NVICNVIC包括一个包括一个NMINMI和和3232个通用物理中个通用物理中断,可配置中断断,可配置中断240240个,优先级位个,优先级位3 38 8位。位。v 通过与处理器的紧密结合,加快中断服务通过与处理器的紧密结合,加快中断服务程序(程序(ISRISR)的执行。)的执行。v 通过寄存器硬件堆栈,加上退出和重启多通过寄存器硬件堆栈,加上退出和重启多寄存器寄存器Load-StoreLoad-Store操作,可以不用任何汇编操
8、作,可以不用任何汇编代码完成寄存器数据传送。代码完成寄存器数据传送。v 采用尾链(采用尾链(Tail-ChainingTail-Chaining)技术,简化)技术,简化激活和挂起的中断之间的数据传送。激活和挂起的中断之间的数据传送。v 进入中断和退出中断时,处理器状态硬件进入中断和退出中断时,处理器状态硬件自动保存和恢复,无须而外指令消耗自动保存和恢复,无须而外指令消耗。2.22.2 STM32F103xSTM32F103x处理器的特点处理器的特点1.1.内核内核n ARM 32 ARM 32位的位的Cortex-M3 CPUCortex-M3 CPUn 72MHz 72MHz,高达,高达90
9、DMips90DMips,1.25DMips/MHz1.25DMips/MHzn单周期硬件乘法和除法单周期硬件乘法和除法加快计算加快计算2.2.存储器存储器n 从从32K32K字节至字节至128K128K字节闪存程序存储器字节闪存程序存储器n 从从6K6K字节至字节至20K20K字节字节SRAMSRAM2.22.2 STM32F103xSTM32F103x处理器的特点处理器的特点3.3.时钟、复位和供电管理时钟、复位和供电管理n 2.0 2.0至至3.63.6伏供电和伏供电和I/OI/O管脚管脚n 上电上电/断电复位断电复位(POR/PDR)(POR/PDR)、可编程电压监、可编程电压监 测器
10、测器(PVD)(PVD)、掉电监测器、掉电监测器n 内嵌内嵌4 4至至16MHz16MHz高速晶体振荡器高速晶体振荡器n 内嵌经出厂调校的内嵌经出厂调校的8MHz8MHz的的RCRC振荡器振荡器n 内嵌内嵌40kHz40kHz的的RCRC振荡器振荡器n 内嵌内嵌PLLPLL供应供应CPUCPU时钟时钟n 内嵌使用外部内嵌使用外部32kHz32kHz晶体的晶体的RTCRTC振荡器振荡器2.22.2 STM32F103xSTM32F103x处理器的特点处理器的特点4.24.2个个1212位模数转换器位模数转换器,1us,1us转换时间转换时间(16(16通道通道)n 转换范围是转换范围是0 0至至
11、3.6V3.6Vn 双采样和保持功能双采样和保持功能n 温度传感器温度传感器5.5.低功耗低功耗n 3 3种省电模式:睡眠、停机和待机模式种省电模式:睡眠、停机和待机模式n VBAT VBAT为为RTCRTC和后备寄存器供电调试模式和后备寄存器供电调试模式6.DMA6.DMAn 7 7通道通道DMADMA控制器控制器n 支持外设支持外设:定时器、定时器、ADCADC、USARTUSART、SPISPI和和I2CI2C2.22.2 STM32F103xSTM32F103x处理器的特点处理器的特点STM32STM32系列的优点:系列的优点:v 先进的内核结构先进的内核结构STM32STM32系列使
12、用了系列使用了ARMARM最新的、先进架构最新的、先进架构Cortex-M3Cortex-M3内核内核v 优秀的功耗控制优秀的功耗控制 STM32STM32处理器具有三种低功耗模式处理器具有三种低功耗模式 运行模式时使用高效的动态耗电机制,在运行模式时使用高效的动态耗电机制,在FlashFlash中以中以72MHz72MHz全速运行时,如果开启外部时钟,处理器仅耗全速运行时,如果开启外部时钟,处理器仅耗电电27mA27mA。待机状态时极低耗电,典型值待机状态时极低耗电,典型值2uA2uA。电池供电时,提供低电压电池供电时,提供低电压2.02.03.6V3.6V工作能力。工作能力。灵活的时钟控制
13、机制灵活的时钟控制机制,用户可以根据自己所需的耗电用户可以根据自己所需的耗电/性能要求进行合理优化。性能要求进行合理优化。RTC RTC可独立供电,外接纽扣电池供电。可独立供电,外接纽扣电池供电。2.22.2 STM32F103xSTM32F103x处理器的特点处理器的特点v 性能出众而且功能创新的片上外设性能出众而且功能创新的片上外设 STM32STM32处理器片上外设的优势来源于双处理器片上外设的优势来源于双APBAPB总线总线结构。结构。其中有一个高速其中有一个高速APB,APB,速度可达速度可达CPUCPU的运行频率的运行频率,连接到该总线上的外设能以更高的速度运行。连接到该总线上的外
14、设能以更高的速度运行。USB:12Mbit/s USB:12Mbit/s USART:4.5Mbit/sUSART:4.5Mbit/s SPI:18Mbit/s SPI:18Mbit/s IIC:400kHzIIC:400kHz GPIO:18MHzGPIO:18MHz翻转翻转 PWM:PWM:定时器定时器72MHz72MHz输入输入 针对针对 MCU MCU 应用中最常见的电机控制,应用中最常见的电机控制,STM32 STM32 对片上外围设备进行一些功能创新。对片上外围设备进行一些功能创新。内嵌适合三相无刷电机控制的定时器和内嵌适合三相无刷电机控制的定时器和ADCADC2.22.2 STM
15、32F103xSTM32F103x处理器的特点处理器的特点 高级高级PWMPWM定时器提供:定时器提供:6 6路路PWMPWM输出输出 死区产生死区产生 编码器输入编码器输入 霍尔传感器霍尔传感器 边沿对齐和中心对齐波形边沿对齐和中心对齐波形 完整的向量控制环完整的向量控制环 紧急故障停机紧急故障停机,与与2 2路路ADCADC同步同步,与其它定时与其它定时器同步器同步 可编程防范机制可用于防止对寄存器的非可编程防范机制可用于防止对寄存器的非法写入法写入 双通道双通道ADCADC采样采样/保持保持,12,12位位1uS,1uS,连续连续/独立独立模式模式,多触发源多触发源v 易于开发,可使产品
16、快速进入市场易于开发,可使产品快速进入市场2.22.2 STM32F103xSTM32F103x处理器的特点处理器的特点v 高度的集成整合高度的集成整合 STM32 STM32处理器最大程度地实现集成,尽可能处理器最大程度地实现集成,尽可能地减少对外部器件的要求地减少对外部器件的要求 内嵌电源监控器,带上电复位、低电压检内嵌电源监控器,带上电复位、低电压检测、掉电检测测、掉电检测 自带时钟的看门狗定时器自带时钟的看门狗定时器 一个主晶振一个主晶振(4(416MHz16MHz晶振晶振)驱动整个系统驱动整个系统,内嵌,内嵌PLLPLL产生多种频率;产生多种频率;RTCRTC时钟可内部时钟可内部也可
17、外部晶振也可外部晶振(32kHz)(32kHz)内嵌精密内嵌精密8MHzRC8MHzRC振荡电路,可作为主时钟振荡电路,可作为主时钟 LQPF LQPF封装仅需封装仅需7 7个滤波电容个滤波电容2.32.3 STM32F103xSTM32F103x内部结构内部结构2.3 STM32F103x2.3 STM32F103x内部结构内部结构2.3 STM32F103x2.3 STM32F103x内部结构内部结构总总线线矩矩阵阵FLASH接口接口2.3 STM32F103x2.3 STM32F103x内部结构内部结构v 四个主动单元四个主动单元 M3 M3内核的内核的ICodeICode总线总线(I-
18、bus)(I-bus)、DCodeDCode总线总线(D-(D-bus)bus)、系统总线、系统总线(S-bus)(S-bus)、DMA(DMA1DMA(DMA1、DMA2DMA2、以、以太网太网DMA)DMA)。v 四个被动单元四个被动单元 内部内部SRAMSRAM、内部闪存、内部闪存、FSMCFSMC、AHBAHB到到APBAPB桥。桥。v ICode ICode总线总线 将将M3M3内核的指令总线与内核的指令总线与FLASHFLASH指令接口相连,指令接口相连,用于指令预取。用于指令预取。v DCode DCode总线总线 将将M3M3内核的数据总线与内核的数据总线与FLASHFLASH
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