目录

​​第1章 STM32 概述​​

​​1.1 概述​​

​​1.2 产品系列与应用场合​​

​​第2章 片上资源（STM32F103xxx）​​

​​2.1 不同型号芯片的片上资源比较​​

​​2.2 资源的含义与作用​​

​​第3章 STM32F103内部架构​​

​​3.1 概述与架构图​​

​​3.2 内部总线​​

​​3.3 DMA控制器​​

​​第4章 外部引脚与最小系统（STM32F103xxx）​​

​​4.1 外部引脚​​

​​4.2 最小系统连接​​

​​第5章 系统启动​​

​​5.1 复位​​

​​5.2 启动管脚配置​​

​​5.3 程序启动地址​​

​​5.4 内部地址空间​​

​​5.5 STM32的Bootloader​​

​​5.6 STM32 CPU的初始化过程​​

​​5.7  bootloader对Flalsh程序的搬移​​

​​5.8 遗留的一系列的问题：​​

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STM32是ST公司基于ARM Cortex-M内核开发的32位微控制器(MCU)。

STM32系列专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARM

官网：​​STMCU中文官网​​

（1）智能车：循迹小车，读取光电传感器或者摄像头的数据，驱动电机前进和转弯。
（2）无人机：读取陀螺仪加速度计的姿态数据，根据控制算法控制电机速度，保证飞机稳定飞行。
（3）机器人：驱动舵机，控制其关节，让机器人运动。
（4）无线通信：给STM32连接一些2.4G无线模块或者蓝牙、WIFI模块，则具备无线通信能力。
（5）物联网：借助无线通信模块，再通过STM32驱动继电器来控制220v电路的通断。
（6）工业控制：PLC主控。
（7）娱乐电子产品：流水灯之类……
（8）……

 主流产品（STM32F0、STM32F1、STM32F3）、

超低功耗产品（STM32L0、STM32L1、STM32L4、STM32L4+）、

高性能产品（STM32F2、STM32F4、STM32F7、STM32H7）

基本型：STM32F101R6、STM32F101C8、STM32F101R8、STM32F101V8、STM32F101RB、STM32F101VB

增强型：STM32F103C8、STM32F103R8、STM32F103V8、STM32F103RB、STM32F103VB、 STM32F103VE、STM32F103ZE

STM32型号的说明：以STM32F103RBT6这个型号的芯片为例，该型号的组成为7个部分，其命名规则如下：

（1）GPIO端口：用于读写芯片外部的数字信号。

（2）ADC模块：用于读写芯片外部的模拟信号。如电压值。

（3）常见低速外设：

​​UART、I2C、SPI、TTL、RS232、RS422、RS485、CAN、USB、SD卡、1-WIRE、Ethernet​​

NVIC：管理中断，如配置中断优先级等。
SysTick：给操作系统提供定时服务。
RCC：使能外设时钟。
AFIO：复用功能端口重定义，及中断端口配置。
CAN：多应用于汽车领域
RTC：在STM32内部完成年月日、时分秒的计时功能，可接外部备用电池，掉电也可使用。
CRC：判断数据的正确性。
PWR：电源可睡眠，使功耗降低。
GPIO、EXTI、TIM、USART、I2C、SPI、ADC：对外通信接口

DMA：DMA

STM32F103采用的是Cortex-M3内核，内核由ARM公司设计和授权。

STM32的芯片生产厂商ST公司，负责在ARM内核之外部件的设计并生产整个芯片。

这些内核之外的部件被称为核外外设或片上外设：如 GPIO、USART（串口）、I2C、SPI 等，

芯片内核与外设之间通过各种总线连接。

其中驱动单元有 4 个，被动单元也有 4 个。

可以把驱动单元理解成是内核部分，被动单元都理解成外设。

（1）ICode 代码总线

ICode总线是专门用来取指令的，其中的I表示Instruction（指令），指令的意思。写好的程序编译之后都是一条条指令，存放在 FLASH中，内核通过ICode总线读取这些指令来执行程序。

（2）DCode数据总线

DCode这条总线是用来取数的，其中的D表示Data（数据）。在写程序的时候，数据有常量和变量两种。常量就是固定不变的，用C语言中的const关键字修饰，放到内部FLASH当中。变量是可变的，不管是全局变量还是局部变量都放在内部的SRAM。

备注：可以看出，STM32内部采用的哈弗架构。

（3）system系统总线/外设总线

我们通常说的寄存器编程，即读写寄存器都是通过系统总线来完成的。

系统总线主要是用来访问外设的寄存器。

（1）概述

DMA控制器用来提供在外设控制器和内部存储器RAM之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。

在DMA传输期间，无须CPU干预，也无需要CPU进行上行文的切换，数据可以通过DMA快速地移动，这就节省了CPU的资源来做其他操作。

（2）STM32的DMA特性

• 12个独立的可配置的通道：DMA1有7个通道，DMA2有5个通道
• 每个通道都有直接连接专用硬件DMA请求，每个通道都同样支持软件触发。这些通道可以通过软件来配置
• 在同一个DMA模块上，多个请求间的优先级通过软件设置，优先级相等时由其硬件决定
• 独立数据源和目标数据区的传输宽度（字节、半字、全字）源和目标地址必须按照数据传输宽度对齐
• 支持循环的缓冲器管理
• 每个通道有三个事件标志（DMA半传输、DMA传输完成、DMA传输出错），这3个事件标志逻辑或成为一个单独的中断请求
• 存储器和存储器间，外设和存储器，存储器和外设之间的传输
• 闪存，SRAM,外设的SRAM，APB1,APB2和APB均可作为访问的源和目标
• 可编程的数据传输数目：最大65535

（3）DMA的触发

当发生一个事件后，外设向DMA控制器发送一个请求信号。DMA控制器根据通道的优先权处理请求。当DMA控制器开发访问发出请求的外设时，DMA控制器立即发送给它应答信号。当从DMA控制器得到应答信号时，外设立即释放它的请求。一旦外设释放了这个请求，DMA控制器同时撤销应答信号。如果有多个请求，外设可以启动下一个周期。

（4）DMA中断

每个DMA通道都可以在DMA传输过半，传输完成和传输错误时产生中断。

 

备注：

为了降低管脚的数量，减少芯片的体积，STM对外部管脚进行了大量的复用。

（1）电源（红色部分） 

• 3.3V

（2）控制信号（蓝色）

• 调试、下载：JTMS/JTCK/
• 启动配置：Boot0和Boot1
• 晶振时钟输入：OSC_IN、OUT
• 复位：NReset

（3）其他复用功能管脚有：

• UART1~2总线：Tx/Rx
• I2C1~2总线：SCL/SDK
• SPI1~2总线：SCK/MISO//MOSI
• Timer1~4总线：CH1/CH2/CH3
• CAN总线：TX/RX
• ADC0~3模拟输入：IN

（1）供电电压：3.3V，滤波电容可保证供电电压的稳定和消除电源毛刺。

（2）STM主体芯片：所有的外设控制器，都集成到了芯片内部，除了需要少量的时钟和复位和管脚配置硬件电路，单颗芯片就可以构建一个小型的计算机系统。

（3） OSC32：32.768KHz的晶体震荡器，内部倍频生成高频时钟。

（4）启动配置：用于配置启动方式。

（5）下载端口：JTAG调试口。

（6）复位：对单片机进行复位。

在系统复位后，SYSCLK的第4个上升沿，BOOT引脚的值被锁定。

（1）主闪存存储器启动模式（正常的工作模式）-- FLASH存储器

STM内部的FLASH，掉电不丢失，用户可以将代码存储到FLASH中。

从FLASH启动就可以执行用户烧录好的代码。

（2）SRAM启动模式（调试模式下的工作模式）-- SRAM存储器

STM内部的SRAM，掉电丢失，RESET不丢失。

在调试状态下，先把程序下载到STM内部的SRAM中。

然后复位系统，程序直接运行在SRAM中，程序下载的效率比烧录Falsh效率高，程序的执行效率也比较高。调试结束后，掉电，程序丢失。

（3）系统存储器启动模式（主闪存程序更新）-- ROM存储器

系统存储器中保存着芯片厂商的bootloader，主要用于通过串口下载并烧录程序。

程序烧录完成后想要启动烧录程序，必须将BOOT引脚重新配置为主闪存存储器启动。

注意：从系统存储器启动，只能下载并更新主闪存中的程序，不能启动程序。

STM32上电或者复位后，PC指针将始终从0x00000000取第一条指令。

用户可以通过BOOT1和BOOT0引脚状态，选择启动模式，并将相应模式对应的设备的首​​地址映射​​到启动空间（0x0000 0000）。

（1）0x000-0x03FF的内容来自于Flash或者SRAM或系统存储器，是地址空间的映射，，至于如何映射则取决于Boot0、Boot1的配置。

（2）其他的地址空间的内容都是确定不变的。

在嵌入式操作系统中，Bootloader的作用是对CPU内部的寄存器、中断向量、存储控制器等进行初始化，初始化CPU的寄存器，通常是有汇编语言提供的。

Bootloader的另一个作用是启动操作系统程序，再由操作系统程序启动应用程序。

（1）在Linux环境中

• bootloader、操作系统程序、应用程序是三个独立的程序体。
• Bootloader是由uboot来承担的，
• 操作系统是由Linux来承担，
• 应用程序由各种main函数指定的程序承担 。

（2）在单片机环境中

• bootloader、操作系统程序、应用程序被整合在一起，编译成了一个可执行程序。
• 对CPU的寄存器进行初始化的bootloader程序通常是由芯片厂家提供，基本不需要进行修改。
• 操作系统：是可选的，大多数情况下，都不需要操作系统，只有少数情形，会使用uOS这样的轻量级操作系统。
• 应用程序：有用户写的main函数承担，由于单片机大多数情况下没有操作系统，因此，通常只有一个主应用程序。

（3）STM32的booloader

bootloader，也可以叫启动文件，无论性能高下，结构简繁，价格贵贱，每一种微控制器(处理器)都必须有启动文件，启动文件的作用便是负责执行微控制器从“复位”到“开始执行main函数”中间这段时间(称为启动过程)所必须进行的工作。

最为常见的51，AVR或MSP430等微控制器当然也有对应启动文件，但开发工具环境往往自动、完整地提供了这个启动文件，不需要开发人员再行干预启动过程，用户只需要从main函数开始进行应用程序的设计即可。

同样，STM32微控制器，无论是keiluvision4还是IAR EWARM开发环境，ST公司都提供了现成的直接可用的启动文件。

网上有很多资料分析了STM32的启动文件的内容。

（1）首先会定义堆栈。

（2）定义中断/异常向量表，而其中只实现了复位的异常处理函数Reset_Handler，该函数内容如下(STM32F4XX，IAR编译器)，可以看到其主要执行了SystemInit和__iar_program_start两个函数，

（3）其主要功能除了初始化时钟，浮点处理单元FPU等。

（4）执行一个重要功能，那就是内存的搬移、初始化操作。

就是如果从Flash启动的话，程序是存放在Flash中，但并非所有的程序都从Flash中执行。

为了提高程序的执行效率，通常情况下，除了初始化CPU相关的代码是在Flash中执行，操作系统程序和应用程序通常是在RAM中执行的，这就存在一次代码搬移的过程。如ARM9、CortexA系列的时候，一般都是把代码搬到内部的SRAM或者外部DDR中执行的，STM32也是类似，它会把程序搬移到内部的RAM后再继续在RAM中执行。

程序代码的构成：

我们知道烧录的镜像文件中包含：

• 只读代码段.text
• 已初始化数据段.data
• 未初始化的或者初始化为0的数据段.bss。

代码段由于是只读的，所以是可以一直放在Flash中，CPU通过总线去读取代码执行就OK。

但是.data段和.bss段由于会涉及读写为了，为了更高的读写效率是要一定搬到RAM中执行的，因此bootloader会执行很重要的一步，就是会在RAM中初始化.data和.bss段，搬移或清空相应内存区域。

因此，我们知道，当启动方式选择的是从内置Flash启动的时候，代码依旧是在Flash中执行，而数据端则会被拷贝到内部SRAM中，该过程是由bootloader完成的。

bootloader在完成这些流程之后，就会将代码交给用户的main函数开始执行用户代码。

用户代码：可能是轻量级os的入口函数，也可能直接是用户应用程序的入口函数。

备注：

在有uboot的嵌入式环境中，uboot的代码段被切分成两部分，一部分可能会在ROM中执行，一部分被搬移到RAM中执行。

至此，就可以CPU就可以执行应用程序的代码了。

单片机提供了大量的内嵌的外设，应用程序要访问这些外设，需要驱动程序来完成相关的硬件操作

（1）这些驱动程序是由谁提供的呢？

这些驱动程序通常称为系统驱动库，这些驱动库通常是有芯片厂家提供的。

（2）驱动程序是应用程序吗？

它本身并不是应用程序，他们称为系统驱动库。

应用程序调用系统驱动库的程序来操作STM的硬件控制器。

下一篇文章进一步探讨这个问题：《如何通过STM32开发板构建自己的应用》