大话STM32F103系统架构

Posted 2021-03-12 kensporger

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。