大话STM32F103系统架构
前言
许多像我一样的STM32初学者,都往往忽视了STM32系统架构的学习。这对于实际应用并没有啥大的影响,但是总感觉怎么学也无法看清STM32的全貌,所以本文我将带领大家一起厘清STM32F103的总线结构和各部分外设之间的关系。在《三体》小说中,作者曾用军队阵列的方法模拟了冯诺依曼架构的计算机,读来画面感十足,且易于理解,本文也力求解释的形象与生动。
系统全貌
在罗列各个方阵前,我们有必要先登上高山,一览军队全貌,如官方手册里的框图所示,相比51单片机,STM32F103系统还是相当复杂的,但是其阵列也必将威武雄壮。
系统剖析
Cortex-M3内核
它是STM32F103的内核,也就是CPU,相当于元帅。除掉他,其他部件都是片上外设,注意是片上的,也就是那块我们肉眼所见的芯片里的外设。这位元帅足不出户,便可操纵队列,依靠的是自己强大的数字运算能力和强大的总线设计。在阵列中,数据的运算都呈报给元帅来做。
ICode总线
阵列的运行需要有人下达指令,元帅Cortex-M3是命令的下发者,却并非命令的产生者。那么命令从何而来?在《三体》中,冯诺依曼在布阵前早已想好了指令。同样,各位STM32的热爱者才是聪慧的命令发起者——我们写好的程序被译成机器指令存储于Flash中。ICode总线就是一队骑兵,将指令一条条送达给元帅Cortex-M3。
Bus-Matrix
Bus-Matrix的功能是总线仲裁。类似于现在的快递站,假如没有快递站作为中转,一家快递公司的送货路线规划就变成了14亿条。在阵列中,方阵Bus-Matrix作为中介,减少了骑兵队的数量开销,增加了系统的简洁有序性,降低了信息传输的错误率。在图中,Bus-Matrix右侧安排了四支骑兵,他们送来的信息都被加以分类,而左侧的四支骑兵则可以从属于自己的类别中拿走信件,避免了错拿的情况。这就是Bus-Matrix的作用之处。
DCode总线
人如其名,骑兵队DCode被用来传送数据,这里的数据指程序中的常量和变量。常量存储在Flash,变量和堆栈则存储在SRAM。元帅Cortex-M3需要这些数据来作运算,中途还会让骑兵队DCode送些数据回去存储。
System总线
这个总线是被用来配置和访问片上外设寄存器的。元帅Cortex-M3要调度众多的外设方阵,所以专门设立了这样一支骑兵队。我们常说配啥啥寄存器,其实就是间接在给骑兵队System发号施令呢!
DMA与DMA总线
前面提到的三个骑兵队都通向元帅的大营,Cortex-M喜欢用他们送来的数据做运算。但如果要有很多骑兵前来告诉他这份数据要送到某某处,那他会心力交瘁的,DMA的设立则缓解了元帅的这个压力。STM32F103共有12个DMA通道,也就是12支机动部队,它们活动的路线并非像前三支骑兵队一样固定。在图中可以看到,外设方阵可以向机动部队发送请求,DMA搬运数据时也不会去打扰元帅,这样的部队真是元帅的得力助手啊。而且DMA可以轻轻松松搬运大批量的数据,从不会耐烦,堪称数据的搬运工。
FLASH
冯诺依曼是个聪明人,早知道阵列模拟不会一次性成功。为了不用自己一次次重新颁布指令,就安排了名为Flash的将军来记载指令和常量。Flash将军是军中记忆力最好的(我们知道程序下载到Flash里后是掉电不失去的)。
SRAM
变量和堆栈记录,为啥不能交给Flash一并做呢?这是因为Flash将军虽然记忆好,但是手脚慢,而变量更改比较频繁,让他干这个不合适。代替他的就是SRAM方阵(我们都知道SRAM是掉电丢失的,但是数据读写真的很快)。
APB1和APB2总线:
由骑兵队AHB分出的两队骑兵APB1和APB2都是用来与片上外设进行交流的。之所以分成两组,是因为他们发现所有的外设方阵中,有的方阵动作快,有的方阵慢手慢脚,于是将慢的一组交给马速较慢的APB1,快的交给马速较快的APB2。其中APB1最快的行军速度为36MHz,APB2最快为72Mhz。
RCC:
众多的外设方阵,不用像元帅一样每时每刻都得工作着。不工作的时候就得让他们休息着,所以就出现了RCC校尉,用于管理外设方阵的作息(在32里,我们要使用某个片上外设,都得先开RCC使能)。
SDIO:
Flash和SRAM的能力是有限的,而SD卡的容量很大,SDIO就是专门用来与SD卡沟通的接口。
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