单片机学习笔记3--单片机结构和最小系统（基于百问网STM32F103系列教程）

第三章 单片机结构和最小系统

3.1 STM32结构

ARM公司负责设计内核，芯片厂商根据需求添加各类组件，生产出对应的芯片售卖。

上图中，Cortex-M3内核，调试系统由ARM公司设计；内部总线、外设、存储单元、时钟和复位等部分都由ST公司开发。

外设和存储单元与内核之间的通信通过内部总线实现。

3.1.1 总线结构

所谓总线（Bus），是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道。每条总线都只能对规定的地址范围进行访问。

1、ICode（Instruction Code）：通过FLITF连接flash，用于读取flash中的指令。

2、DCode（Data Code）：通过一个总线矩阵Bus matrix连接FLITF在连接flash，用于读取flash中的数据。

3、System系统总线：通过总线矩阵访问指令、数据、调试模块。连接内核与总线矩阵，然后与AHB，SRAM等相连。

4、DMA总线：连接通道与总线矩阵，产生DMA请求

其中FLITF(flash interface 闪存存储器接口)。AHB system bus 经过电桥电路分为APB1和APB2两条总线，分别挂载不同的外设。

在嵌入式领域AHB和APB是最常用的总线。AHB(Advanced High-performance Bus), 高速总线，用来接高速外设的，一般用于CPU与内部的高速RAM、 FLASH、DMA、Bridge的连接。APB (Advanced Peripheral Bus)高级外设总线（ 低速总线），用来接低速外设的，一般用于连接外部设备，对性能要求不高，而考虑低功耗问题。

基于这个总线结构，ICode、Dcode、System Bus都是AHB总线。这里AHB系统总线经过两个AHB-APB桥转换成了两个APB总线。APB1上挂接有DAC、UART等外设，其最高频率可达36MHz；APB2上挂接有ADC、GPIO等外设，其最高频率可达72MHz。

3.1.2 存储结构

存储器的编址方式有统一编址和独立编址。

统一编址(存储器映像编址)：外设和内存共用一片存储空间，同一地址，只能属于外设或内存之间的一个，通过访问的地址的不同判断是对外设还是对内存进行操作，访问端口和内存的指令是相同的。

独立编址：I/0端口地址不占用存储空间的地址范围，这样，在系统中就存在了另一种与存储地址无关的IO地址，CPU也必须具有专用与输入输出操作的IO指令和控制逻辑。

1、ARM存储结构

ARM Cortex-M3系列的处理器，采用存储器与I/O设备（外设）统一编址的方式，将部分存储器地址范围用于外设，这种通过存储器地址访问外设的方式，称为存储器地址映射。
对于32位的处理器，可寻址的范围为2^{32字节，即2}32= 4 × 1024 × 1024 × 1024 = 4GB，也就是0x00000000至0xFFFFFFFF。

ARM将这4G空间从低地址到高地址依次划分为代码区（Code）、片上SRAM区(SRAM)、片上外设（Peripheral）、片外RAM（External RAM）、片外外设（External Device）和系统级（System level）。

2、STM32存储结构

ST公司基于上述32位处理器存储规定，设计了基于cortex-M3内核的存储架构。

其将4G空间分为了Block0、Block1、Block2、……、Block7，共8块，每块大小为512MB。

具体映射图在STM32F103xE数据手册——40页。

Block0包括操作字节空间、系统存储空间、flash、启动引脚存储空间等。

Block1包括64kb的SRAM还有一些预留空间。

Block2是STM32外设地址映射空间，包括所有片上外设存储空间比如GPIO、EXTI、DMA、ADC、IIC、SPI、USART、TIM等等。

Block3、Block4使用FMSC接口扩展分为了4个bank。

Block5是FMSC寄存器。

Block6、Block7没做开发,保留ARM公司原有设置.

3.2 最小系统

单片机最小系统是指用最少的原件组成单片机可以工作的系统，通常由以下几部分组成。

1、电源电路

将3.3V的电源输入给单片机，提供工作的电源。

2、时钟电路

使用两个外部晶振源，高速8MHz、低速32.768KHz，根据这两个外部晶振元为单片机配置时钟。具体配置方式后面介绍。

3、复位电路

复位电路，通过NRST引脚的高低电平控制复位信号。按键松开，NRST拉高，按键按下，NRST拉低，产生一个低电平的复位信号，芯片就会复位。POWER引脚连接电源转换芯片的使能引脚，若POWER被拉低，则电源转换就会停止，整个芯片的电源就被关闭了。通过复位引脚和电源引脚两个方面同时控制芯片的复位。

4、调试/下载电路

将单片机的JTAG和SWD接口分别引出来接到两个对应的排座上，通过这两种接口电路，单片机可以下载、调试程序。

5、启动方式选择电路

单片机的启动方式由boot0和boot1控制，具体内容之前介绍过。这里用两个开关对boot0和boot1的状态进行控制。

（一）boot0 = 0,boot1 = 0/1时，从用户闪存（flash）启动，是STM32内置的Flash，一般我们使用JTAG或者SWD模式下载程序时，就是下载到这个里面，重启后也直接从这启动程序。

（二）boot0 = 1,boot1 = 0时，从系统存储器启动，这种模式启动的程序功能是由厂家设置的。

（三）boot0 = 1,boot1 = 1时，从内置SRAM启动，既然是SRAM，自然也就没有程序存储的能力了，这个模式一般用于程序调试。

一般来说，对于不同的CPU，最小系统的电路会有不同的参考电路，可以再对应的数据手册中查询。以上五个最小系统电路图在STM32F103xE数据手册中都能找到相应的参考电路。