第6章-STM32F10 x最小系统.ppt

EmbeddedSystemDevelopment 嵌入式系统与应用 第6章STM32F10 x最小系统 6 1STM32F10 x系列微控制器简介6 2基于Cortex M3的最小系统6 3存储器与总线架构6 4电源控制6 5复位6 6STM32的时钟系统6 7仿真器与开发板 6 1STM32系列微控制器简介 STM32系列是基于ARMCortex M核的32位闪存微控制器 集成度高 性能高 实时性 数字信号处理 低功耗 低电压操作的易开发的芯片 适合不同用户的需求 片上存储器容量 集成外设 功能模块 封装形式等有所区别 例 STM32F10X系列 STM32F10 x系列产品编号 STM32F103系列芯片 STM32F103功能框图 第6章STM32F10 x最小系统 6 1STM32F10 x系列微控制器简介6 2基于Cortex M3的最小系统6 3存储器与总线架构6 4电源控制6 5复位6 6STM32的时钟系统6 7仿真器与开发板 6 2基于Cortex M3的最小系统 什么是最小系统 在尽可能减少上层应用的情况下 能够使系统运行的最小化模块配置 最小系统 称 嵌入式核心控制模块 更贴切一些 最小系统的组成 电源 时钟 复位电路 存储系统 调试系统 基于Cortex M3的最小系统 时钟模块 通常经ARM内部锁相环进行相应的倍频 以提供系统各模块运行所需的时钟频率输入复位模块 实现对系统的复位电源系统 调试系统 JTAG SW模块 实现对程序代码的下载和调试UART模块 实现对调试信息的终端显示存储系统 Flash存储模块 存放启动代码 操作系统和用户应用程序代码SDRAM模块 为系统运行提供动态存储空间 是系统代码运行的主要区域 基于Cortex M3的STM32F10 x最小系统 第6章STM32F10 x最小系统 6 1STM32F10 x系列微控制器简介6 2基于Cortex M3的最小系统6 3存储器与总线架构6 4电源控制6 5复位6 6STM32的时钟系统6 7仿真器与开发板 6 3存储器与总线架构 1 总线架构STM32的各外围模块与Cortex M3内核 通过各类总线连接在一起 形成一个有机的整体 Cortex M3的ICode DCode System总线和DMA总线四个驱动单元 与闪存存储器接口 SRAM和AHB2APB桥三个被动单元 通过总线矩阵联接在一起 总线矩阵采取轮换算法仲裁 协调内核System总线和DMA主控总线之间的访问 AHB外设通过总线矩阵与系统总线相连 允许DMA访问 两个AHB APB桥在AHB和2个APB总线间提供同步连接 APB1操作速度限于36MHz APB2操作于全速72MHz 2 存储器映像STM32F1xx Cortex M3有32根地址线 所以它的寻址空间大小为2 32bit 4GB程序存储器 数据存储器 外设寄存器 输入输出端口被组织在同一4GB线性地址空间内 把地址从0 x40000000至0 x5FFFFFFF 512MB 的地址分配给片上外设 外设存储器映像STM32F103外设寄存器组起始地址 外设存储器映像STM32F103寄存器组起始地址 嵌入式闪存Flash存储器映像 STM32F10 xxxFlash高密度闪存模块的组织 擦写次数 1000次 4 STM32F10X的三种启动模式 通过BOOT 1 0 引脚选择不同启动模式 实现实例 STM32F10X的三种启动模式 通过选择管脚设置BOOT配置 内置Flash 系统存储区 内置SRAM会分别被映射到地址0 x00 启动存储区 CPU从的0 x0000 0004地址的值给PC 开始执行代码 从系统存储器启动 厂家在如EPROM内置了Bootloader代码 用户可以从USART1或USART2接口接收数据和命令 对内置的FLASH进行重新编程 ISP模式 在线编程 从SRAM启动 在应用程序的初始化部分 通过NVIC异常表和偏移寄存器 重新定位VectorTable 第6章STM32F10 x最小系统 6 1STM32F10 x系列微控制器简介6 2基于Cortex M3的最小系统6 3存储器与总线架构6 4电源控制6 5复位6 6STM32的时钟系统6 7仿真器与开发板 6 4电源控制 Cortex M3主要指标 0 19W MHz 1 25DMIPS MHz 若达到5DMIPS MillionInstructionsexecutedPerSecond 每秒百万条指令 的性能 Cortex M3工作频率只需4MHz 功耗0 76W 51单片机 工作频率需60MHz 功耗30W STM32F103处理器系统频率为72MHz 处理器性能可达到90DMIPS 此时Cortex M3功耗约14W左右 在性能和功耗上达到了很高的水平 1 电源供电方案 VDDA VSSA独立电源 地2 0 3 6V 为ADC 复位 RC振荡器和PLL供电 若用ADC VDDA 2 4V VREF 电压 2 4V VDDA VREF 引脚连到VSSA VDD VSS主电源 地2 0 3 6V 通过内置调压器提供1 8V供内核用 3 3V供I O管脚用 VBAT 后备电池1 8 3 6V 2 电源管理器 STM32内部集成了上电复位POR PowerOnReset 掉电复位PDR PowerDownReset 电路 系统在供电超过2V时工作 内嵌可编程电压探测器PVD检测VDD 当低于设定阀值VPOR VPDR时 会产生复位中断 而不使用外部复位电路 约2 5ms 上电复位和掉电复位波形图 PVD ProgrammableVoltageDetector 在VDD电压由低向高上升越过规定的阀值VPOR之前 保持芯片复位 当越过这个阀值后tRSTTEMPO秒 待电源可靠供电 才开始取复位向量 并执行指令 在VDD电压由高向低下降越过规定的阀值VPDR后 将在芯片内部产生PVD中断 进行复位 3 三种低功耗模式 休眠模式Sleepmode 只有CPU停止工作 调压器1 8V区供电工作 所有外设继续运行 在中断 事件发生时唤醒CPU 停止模式Stopmode 调压器以低功耗模式提供1 8V来保持SRAM和寄存器的内容 但1 8V区域的外设时钟都停止 PLL HSI和HSE的RC振荡器被禁能 当外部中断源 16个外部中断线之一 PVD输出 RTC闹钟 或者USB唤醒信号 退出停止模式 三种低功耗模式 待机模式Standbymode 追求最少的功耗 内部调压器被关闭 这样1 8V区域断电 SRAM和寄存器的内容也会丢失 只有备份寄存器和待机电路工作 RTC IWDG和相关的时钟源不会停止 当外部复位 NRST引脚 IWDG复位 WKUP引脚出现上升沿或者RTC闹钟时间到时 退出待机模式 4 电源控制寄存器组PWR 偏移地址 0 x00h 复位值 0 x00000000 位31 9 保留 始终读为0 位8 DBP 取消后备区域的写保护 0禁止 1允许 位7 5 PLS 2 0 PVD电平选择 000 2 2V 001 2 3V 010 2 4V 位4 PVDE 电源电压监测器使能 0禁止 1允许 位3 CSBF 置1清除SBF待机位 位2 CWUF 置1 2个系统时钟后清除WUF唤醒位 位1 PDDS 掉电深睡眠下 0停止模式 1待机模式 位0 LPDS PDDS 0停止模式时 0调压器开 1调压器关 电源控制寄存器PWR CR 电源控制寄存器组PWR 偏移地址 0 x04h 复位值 0 x00000000 位8 EWUP使能WKUP管脚 0禁止 1待机模式唤醒 位2 PVD输出 0表明VDD高于阀值VPVD 1低于 位1 SBF待机标志 0非待机模式 1待机模式 位0 WUF唤醒标志 0没有发生唤醒事件 1在WKUP管脚上发生唤醒事件或出现RTC闹钟事件 PWR寄存器映像和复位值 电源控制 状态寄存器PWR CSR 第6章STM32F10 x最小系统 6 1STM32F10 x系列微控制器简介6 2基于Cortex M3的最小系统6 3存储器与总线架构6 4电源控制6 5复位6 6STM32的时钟系统6 7仿真器与开发板 6 5复位 STM32F支持三种复位形式 系统复位电源复位备份区域复位 1 系统复位 系统复位将清除时钟控制状态寄存器RCC CSR中的复位标志和备用域寄存器之外的所有寄存器 复位事件 NRST管脚上的低电平窗口看门狗计时器计时终止 WWDG复位 独立看门狗计数终止 IWDG复位 软件复位 SW复位 低功耗管理复位 2 电源复位 当以下事件中之一发生时 产生电源复位 上电 掉电复位 POR PDR复位 从待机模式中返回 约2 5ms 上电复位和掉电复位波形图 3 备份域复位 当以下事件中之一发生时 产生备份区域复位 软件复位 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 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 第6章STM32F10 x最小系统 6 1STM32F10 x系列微控制器简介6 2基于Cortex M3的最小系统6 3存储器与总线架构6 4电源控制6 5复位6 6STM32的时钟系统6 7仿真器与开发板 6 6STM32时钟系统 时钟系统是CPU的脉搏 就像人的心跳一样 STM32芯片为了实现低功耗 设计了一个功能完善但却非常复杂的时钟系统 编程一个重要步骤 就是设置 开启外设时钟 内部时钟是在芯片内部RC振荡器产生的 起振较快 芯片刚上电的时候使用内部高速时钟 外部时钟是由外部的晶振输入的 精度和稳定性好 上电之后通过软件配置再转用外部时钟信号 高速时钟是提供给芯片主体的主时钟 低速时钟只是提供给芯片中的RTC 实时时钟 及独立看门狗使用 STM32时钟系统 STM32的4个时钟源 HSI高速内部时钟 内部RC振荡器为时钟源 频率为8MHz 但不稳定 内Interior外ExteriorHSE高速外部时钟 外部晶振 4 16MHz 一般用8MHz LSE低速外部时钟 外部晶振 一般32 768KHz 主要提供给实时时钟RTC模块 还可选HSE的128分频 LSI低速内部时钟 内部RC振荡器产生 40kHz 供独立看门狗IWDG使用 也可选为实时时钟RTC的时钟源 下图说明了STM32的时钟走向 从图的左边开始 从时钟源一步步分配到外设时钟 1 HIS高速内部时钟 经PLLSRC开关 给PLL锁相环倍频 或直接送SW开关 2 HSE高速外部时钟外接晶振8MHz 经PLLXTPRE PLLSRC开关送PLL锁相环倍频 或直接送SW 3 PLL倍频锁相环 如倍频因子PLLMUL选为9倍 则得72MHz的PLLCLK时钟 4 HSI HSE PLL经开关SW选择之后就是系统时钟SYSCLK了 5 经AHB APB1 APB2分频器得到各内核与外设的时钟源 HCLK PCLK1 PCLK2等时钟 SW PLLXTPRE PLLSRC STM32时钟系统 PLL锁相环倍频输出 时钟源的频率可能偏低 通过PLL电路可提高系统所需要的时钟频率 并且更稳定 PLL时钟输入源可选择为HSI 2 HSE或HSE 2 倍频可选择为2 16倍 STM32F1xx的输出频率最大72MHz 系统时钟SYSCLK经AHB分频器的HCLK时钟给AHB总线 内核 内存 DMA 系统定时器时钟等使用 APB1分频器 PCLK1 36MHz 供低速外设 电源接口 备份接口 CAN USB I2C1 I2C2 UART2 UART3 SPI2 窗口看门狗 Timer2 Timer3 Timer4APB2分频器 PCLK2 72MHz 供高速外设 UART1 SPI1 Timer1 ADC1 ADC2 GPIO口 PA PE 等 第6章STM32F10 x最小系统 6 1STM32F10 x系列微控制器简介6 2基于Cortex M3的最小系统6 3存储器与总线架构6 4电源控制6 5复位6 6STM32的时钟系统6 7仿真器与开发板 6 7仿真器与开发板 Cortex M3核集成了SWJ DP serialwireandJTAG 调试模块 支持两种调试接口 JTAG调试接口 JTAG DP 为AHP AP模块5针标准JTAG接口 串行调试接口 SW DP 为AHP AP模块2针 时钟 数据 接口 SWJ DP接口 在SWJ DP接口中 SW DP接口的2个引脚和JTAG接口的5个引脚中的一些是复用的 JTAG调试接口是默认的调试接口 通过SWCLK和SWDIO两个引脚输出指定的序列 查手册 切换到SW DP接口 STM32仿真器 编程器 ST LINK V2 ST LINK V2是一款在线仿真 下载的STM32 或STM8 开发工具 通过JTAG SWD接口与STM32连接 STM8通过SWIM接口 进行仿真调试 支持全速运行 单步调试 断点调试等各种调试方法 可查看IO状态 变量数据等 编程功能 可烧写FLASH ROM EEPROM AFR等 通过USB2 0与PC端连接 官网下载驱动程序 STM32仿真器 设置 工具栏中的Load按钮可将编译好的程序下载到开发板中 STM32开发板 开发的软件运行的板子称做目标板 评估版是芯片厂家提供的用于器件性能评估用板子 开发板是一些公司商业产品 作业