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04 芯片介绍

04 芯片介绍

芯片内核、外设、总线

1 ◾️芯片​

1.1 芯片型号​

STM32F103C8T6 是一款由意法半导体公司（ST）推出的基于Cortex-M3内核的32位微控制器, 它的命名规则如下:

  • ST：指意法半导体

  • M：指定微处理器

  • 32：表示计算机处理器位数

  • F103:是ST公司产品系列

ARM Cortex内核

  • ARM 公司在用Cortex命名，MCU内核并分成A、R和M三类

  • M系列有M0、M0+、M3、M4、M7

  • Cortex-M3是ARM公司推出MCU内核，ST公司在此内核的基础上完成了USART、DMA等外围电路的设计。

1.2 芯片架构​

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目前主要有两种最广泛 分别是 冯诺伊曼架构 和 哈佛架构，它们的区别在于：两者的 储存空间 以及 总线 对于 指令和数据 的划分方式不同

  • 冯诺伊曼主张：指令与数据 共用存储空间也共用总线，这样使用起来更加灵活

  • 而哈佛架构则主张: 指令与数据分开，指令它专属的存储空间也有它专属的总线 同理 数据也有它专属的存储空间和总线

STM32的架构采用的架构 不是严格将指令与数据分开的哈佛架构 而是一种 改良型的哈佛架构，这种架构它可以把程序中的一些常量数据放到flash里面，很显然比全部放到ram里面的成本要更低

哈佛架构和冯诺依曼架构对比

  • 冯・诺依曼架构: 指令、数据共用同一条总线、同一块存储空间

  • 冯・诺依曼架构优势:结构简单、内存空间灵活, 主要应用于通用计算机(PC)

  • 哈佛架构: 指令、数据完全分离：两套独立存储器 + 两套独立总线

  • 哈佛架构优势:执行效率高、实时性强, 主要应用于微控制器(MCU)

1.3 芯片下载方式​

  • SWD（Serial Wire Debug）下载 + 调试

    • 工具：ST-Link

    • 硬件连接：仅需 2 根线（SWDIO + SWCLK）+ 电源（3.3V）+ GND，无需占用额外引脚。

    • 烧录软件：IDE 直烧(Keil MDK、STM32CubeIDE)

  • UART 串口下载（ISP 模式）仅下载

    • 工具：无需仿真器，仅需 USB-TTL(CH340) 模块

    • 硬件连接：UART1 的 TX/RX 引脚 + 电源 + GND，配合 BOOT0 引脚拉高进入 ISP 模式

    • 烧录软甲：STM32CubeProgrammer（Windows/Linux 通用）

1.4 芯片启动方式​

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芯片启动方式:STM32官方提供了3种程序加载方式

  • 1 Flash 启动 (日常开发)

  • 2 系统存储器启动 进入芯片内置的 ST Bootloader（串口下载模式）

  • 3 内置 SRAM 启动 调试时直接从 RAM 运行代码（极少用）

本教程默认方式

  • 本教程采用STLINK工具, 将代码通过IDE工具直接烧录进芯片的Flash里面

  • 所以硬件上直接将BOOT0下拉到地, 默认从Flash启动程序

1.5 芯片寻址方式​

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这个是内存映射图 芯片内部的存储空间有很多，为了让CPU精确的找到这个存储空间就需要给每一个存储空间一个专属的编号，而这个编号也就是这些存储空间的地址

  • STM32是32位的处理器，本质的意思就在于 它一次寻址范围最高32位

  • 32位一共能列出 2的32次方个不同的编号 用科学计数法表示也就是4乘10的9次方 也就是4GB

当然STM32很显然用不到那么多 只用到了一小部分
  • 比如说：从0X0000到0x2000这部分编号 给了这些部件
    • 其中从0x0800到0x0801给到了flash
    • 而中断向量表就放在flash的开头 也就是0x0800往后的一部分
    • 向量表往后存的就是我们写的程序
  • 从0x4000往后的一小部分编号 给到了外设寄存器

2 📊芯片内部资源简介​

2.1 芯片总线​

除了上述Cortex-M3 内核内部的三条 “专用总线”, 其他的总线也需要我们了解下:

  1. DMA总线: 实现 “内存→外设”“外设→内存”“内存→内存” 的高速数据搬运，无需 CPU内核参与, 可以并行完成任务

  2. Bus Matrix（总线矩阵）: 连接所有总线, 是所有总线的 “交通枢纽”, 定义好了地址与各外设的映射关系, CPU可直接通过地址去与外设交互

  3. AHB 系统总线: 连接所有高速设备 + 桥接低速总线, 是整个APB1/APB2外设系统的 “根总线”

    • RCC（复位与时钟控制）整个时钟树的源头，必须挂高速总线

    • DMA1 / DMA2直接连 AHB，才能高速搬运数据

  4. APB1/APB2 外设总线：通过Bridge1/Bridge2桥接器, 把高速 AHB 总线转换为低速 APB 总线，挂载中低速外设。

    • APB1(最高36MHz) USART2/3、SPI2/3、I2C1/2、TIM2~7、USB、CAN 等中低速外设

    • APB2(最高72MHz) GPIO、USART1、SPI1、ADC1/2、TIM1/8 等高速外设

2.2 芯片外设​

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APB1 总线外设（中低速，最高 36MHz）

  • DAC 数模转换器，把数字信号转换成模拟电压输出

  • I2C1/I2C2 两线制串行总线，用于连接 EEPROM、传感器等外设

  • UART4/UART5 异步串口通信

  • USART2/USART3 同步 / 异步串口通信

  • SPI2/I2S、SPI3/I2S 同步串行接口（SPI）+ 音频接口（I2S）

  • WWDG/IWDG 窗口看门狗 / 独立看门狗，防止程序跑飞死机

  • RTC 实时时钟，在掉电后也能计时，提供日历、闹钟功能

  • TIM2~TIM7 通用定时器，用于定时、计数、PWM 输出、输入捕获

APB2 总线外设（高速，最高 72MHz）

  • ADC1/2/3 模数转换器，把模拟电压转换成数字信号，用于采集传感器数据

  • USART1 同步 / 异步串口通信

  • SPI1 高速同步串行接口，可驱动 Flash、OLED 屏等外设

  • TIM1/TIM8 高级控制定时器，支持 PWM 输出、电机控制、死区生成等

  • GPIOA/B/C/D/E/F/G 通用输入输出口，芯片所有引脚的控制单元

  • AFIO 复用功能 IO 控制器，用于配置引脚的外设复用映射、外部中断引脚选择

  • EXTI 外部中断控制器，可把 GPIO 引脚配置成外部中断触发源