一、ARM體系結構概述

內容概述：

必須要get到的ARM知識

Cortex-M0處理器介紹

認識STM32

STM32F0硬件平臺介紹

必須要get到的ARM知識：

STM32的核心部件CPU是Cortex-M 系列處理器

ARM處理器家族：

早先經典處理器 包括ARM7、ARM9、ARM11家族。 ?

Cortex-M 系列 為單片機驅動的系統提供的低成本優化方案，應用于傳統 的微控制器市場，智能傳感器，汽車周邊部件等。

Cortex-A 系列 針對開放式操作系統的高性能處理器； 應用于智能手機，數字電視，智能等高端運用。 ?

Cortex-R 系列 針對實時系統、滿足實時性的控制需求； 應于汽車制動系統，動力系統等。

ARM處理器架構：

概念：體系結構定義指令集和基于這一體系結構下處理器的 編程模型（基本數據類型、工作模型、寄存器組）。基于同種體系結構可以有多種處理器、每個處理器的性能不同，面向的應用領域也不同。

ARM體系結構發展：

? ??目前ARM體系架構共定義了8個版本V1-V8

? ??V1-V3 最早的版本，目前已廢棄

? ??V4-V6 經典處理器中運用的比較多

? ??V7 ?目前Cortex系列處理器主要是這種架構、支持Thumb-2的32位指令集

? ??V8 兼容ARMv7架構的特性，并支持64位數據處理

ARM指令集：

指令集的概念：處理器能夠識別并執行的指令集合；每一條指令可處理一個簡單或復雜操作（加、加乘…）；每一條指令對應一條或幾條匯編指令。

指令集常見分類：

? ? 復雜指令集（CISC）：包含處理復雜操作的特定指令，指令長度不固定，執行需要多個周期。

? ??精簡指令集（RISC）：指令簡單而有效，格式和長度通常是固定的，大多數指令在一個周期內可以執行完畢，ARM的內核是基于RISC體系結構的

SOC的概念：

SOC(片上系統)指的是在單個芯片上集成一個完整的計算機系統，所謂完整的系統一般包括中央處理器(CPU)、存儲器、以及外圍電路等。

Cortex-M0處理器介紹

主要內容：

Cortex-M0處理器簡介

Cortex-M0體系結構

Cortex-M0異常和中斷

Cortex-M0指令集

Cortex-M0處理器簡介：

Cortex-M 系列產品主要包括 Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M7 等，其中 Cortex-M0 主打低功耗和混合信號的處理，M3 主要用來替代 ARM7,重點側重能耗與性能的平衡，而 M7 則重點放在高性能控制運算領域。

注：STM32F051微控制器內核就是ARM Cortex-M0

Cortex-M0結構框圖：

Cortex-M0 微處理器主要包括處理器內核、嵌套向量中斷控制器（NVIC）、調試子系統、內部總線系統構成。Cortex-M0 微處理器通過精簡的高性能總線（AHB-LITE）與外部進行通信。

Cortex-M0特性：

Thumb 指令集，高效、高代碼密度；

高性能，使用ARMv6-M的體系架構；

中斷數量可配置（1~32 個），4 級中斷優先級，低中斷切換時延，提供不可屏蔽中斷（NMI）輸入保障高可靠性系統；

門電路少，低功耗，處理器可在休眠狀態下掉電以降低功耗，還可被 WIC 喚醒；

與 Cortex-M1 處理器兼容，向上兼容 Cortex-M3 和 Cortex-M4 處理器，可以很容易地升級到 Cortex-M3。Cortex-M3 和 Cortex-M4 移植到 Cortex-M0 也非常簡單。

支持多種嵌入式操作系統，也被多種開發組件支持，包括 MDK（ARM Keil 微控制器開發套件）、RVDS（ARM RealView 開發組件）、IAR C 編譯器等。

Cortex-M0工作模式：

Cortex-M0有兩種工作模式和兩種工作狀態：

? ??線程模式（Thread Mode）： 芯片復位后，即進入線程模式，執行用戶程序；

? ??處理模式（Handler Mode）。 當處理器發生了異常或者中斷，則進入處理模式進行處理、處理完成后返回線程模式。

? ??Thumb狀態：正常運行時處理器的狀態

? ??調試狀態：調試程序時處理器的狀態

Cortex-M0寄存器組——通用寄存器：

Cortex-M0 處理器內核有 13 個通用寄存器以及多個特殊寄存器，如圖 所示。具體介紹如下：

R0-R12：通用寄存器。其中 R0-R7 為低端寄存器，可作為 16 位或 32 位指令操作數，R8-R12 為高端寄存器，只能用作 32 位操作數

R13：堆棧指針 SP，Cortex-M0 在不同物理位置上存在兩個棧指針，主棧指針 MSP，進程棧指針 PSP。在處理模式下，只能使用主堆棧，在線程模式下，可以使用主堆棧也可以使用進程堆棧，這主要是由 CONTROL 寄存器控制完成。 系統上電的默認棧指針是MSP

R14：連接寄存器(LR)，用于存儲子程序或者函數調用的返回地址

R15：程序計數器（PC），存儲下一條將要執行的指令的地址。

Cortex-M0寄存器組——特殊寄存器：

xPSR：組合程序狀態寄存器，該寄存器由三個程序狀態寄存器組成：

? ??應用PSR（APSR）：包含前一條指令執行后的條件標志

? ??中斷PSR（IPSR）： ?包含當前ISR的異常編號

? ??執行PSR（EPSR） ? ： ?包含Thumb狀態位

PRIMSK：中斷屏蔽特殊寄存器。

CONTROL：控制寄存器。

? ??控制處理器處于線程模式時，使用哪個堆棧：

? ? ? ??=0，使用MSP

? ? ? ??=1，使用PSP

? ? ? ??處理器模式時，固定使用MSP

Cortex-M0異常和中斷：

Cortex-M0 處理器最多支持 32 個外部中斷（通常稱為 IRQ）和一個不可屏蔽中斷（NMI），另外 Cortex-M0 還支持許多系統異常（Reset、HardFault、SVCall、PendSV、SysTick），它們主要用于操作系統和錯誤處理，參見下表

Cortex-M0指令集：

ARM 處理器支持兩種指令集：ARM 和 Thumb。

EPSR 寄存器的 T 標志位負責指令集的切換，Cortex-M0只支持Thumb指令。

ARM指令集：32位精簡指令集； 指令長度固定； 降低編碼數量產生的耗費，減輕解碼和流水線的負擔。

Thumb指令集：Thumb指令集是ARM指令集的一個子集； 指令寬度16位； 與32位指令集相比，大大節省了系統的存儲空間； Thumb指令集不完整，所以必須配合ARM指令集一同使用。

注：Thumb 與 ARM 相比，代碼體積小了 30%，但性能也低了 20%。2003 年，ARM 公司引入了 Thumb-2 技術，具備了一些 32 位的 Thumb 指令，使得原來很多只有 ARM 指令能夠完成的功能，用 Thumb 指令也可以完成了。Cortex-M0 基于的 ARMv6-M 體系結構，該體系結構的處理器只是用了16位Thumb指令和部分32位Thumb指令

認識STM32

內容概述：?

STM32的應用

STM32產品的介紹

STM32產品命名規范

STM32F0體系架構

STM32：從字面上來理解，ST 是意法半導體，M 是 Microelectronics 的縮寫，32 表示32 位，合起來理解，STM32 就是指 ST 公司開發的 32 位微控制器。在如今的 32 位控制器當中，STM32 可以說是最璀璨的新星，它受寵若嬌，大受工程師和市場的青睞，無芯能出其右。

STM32的應用：

可穿戴 物聯網 無人機 工業控制 醫療電子 汽車電子 電力系統 石油系統 燃氣系統 …….

STM32產品介紹：

STM32產品命名規范：

STM32F0系統架構：

系統主要由以下幾個模塊組成 :

? ??二個主模塊 :

? ? ? ??Cortex-M0 內核及先進高性能總線 (AHB bus)

? ? ? ??通用 DMA ( GP-DMA -- general-purpose DMA)

? ??四個從模塊 :

? ? ? ??內部 FLASH

? ? ? ??內部SRAM

? ? ? ??專門用于連接 GPIO 口的 AHB2

? ? ? ??AHB 到 APB 的橋 , 所有的外設都掛在 APB 總線上

STM32F0硬件平臺介紹

二、STM32開發環境搭建

內容概要：

Keil MDK-ARM簡介及安裝

STM32CubeMX簡介及安裝

STM32F0存儲器映射

STM32F0啟動文件分析

Keil MDK-ARM簡介及安裝

。。。略

STM32CubeMX簡介及安裝?

。。。略

STM32F0存儲器映射

內容概述：

Cortex-M0存儲器映射

STM32F0存儲器映射

寄存器的訪問方式

Cortex-M0存儲器映射：

存儲器本身沒有地址，給存儲器分配地址的過程叫存儲器映射

注：被控單元的FLASH，RAM和AHB到APB的橋（即片上外設），這些功能部件共同排列在一個 4GB 的地址空間內。我們在編程的時候，可以通過他們的地址找到他們，然后來操作他們

STM32F0存儲器映射：

可尋址4GB字節空間

多達64KB片上閃存

多達8K的SRAM

STM32F05x 存儲器映像和外設寄存器編址：在芯片手冊上可查到

寄存器訪問：

以GPIOA寄存器組為例，讀寫ODR寄存器方法：

已知GPIOA的起始地址為0x48000000

各寄存器的偏移地址如下：

MODER; ? ? ? ??? ? /*Address offset: 0x00 */

OTYPER; ? ? ? ? ? ?/*Address offset: 0x04 */

OSPEEDR; ? ? ? ?/*Address offset: 0x08 */

PUPDR; ? ? ? ? ? ??/*Address offset: 0x0C */

IDR; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?/*Address offset: 0x10 */

ODR; ? ? ? ? ? ? ? ? /*Address offset: 0x14 */

BSRR; ? ? ? ? ? ? ?/*Address offset: 0x18 */

LCKR; ? ? ? ? ? ? ?/*Address offset: 0x1C */

第一種方式：對地址進行宏定義

#define GPIOA_BASE ( (unsigned int ) 0x48000000 ) #define GPIOA_ODR ( GPIOA_BASE + 0x14 )讀操作 val = *(unsigned int *) GPIOA_ODR ;寫操作 *(unsigned int *) GPIOA_ODR = val ;

改進

#define GPIOA_ODR （ *(unsigned int *) ( GPIOA_BASE + 0x14 )）val = GPIOA_ODR ; //讀 GPIOA_ODR = val ; //寫

第二種方式：用結構體封裝寄存器

用上面的方法去定義地址，還是稍顯繁瑣、根據我們每一類外設對應的寄存器組地址都是連續增長的特點，我們引入 C 語言中的結構體語法對寄存器進行封裝

typedef struct { uint32_t MODER; /*Address offset: 0x00 */ uint32_t OTYPER; /*Address offset: 0x04 */ uint32_t OSPEEDR; /*Address offset: 0x08 */ uint32_t PUPDR; /*Address offset: 0x0C */ uint32_t IDR; /*Address offset: 0x10 */ uint32_t ODR; /*Address offset: 0x14 */ uint32_t BSRR; /*Address offset: 0x18 */ uint32_t LCKR; /*Address offset: 0x1C */ } GPIO_TypeDef;#define GPIOA_BASE ( (unsigned int ) 0x48000000 ) #define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)

注：我們訪問GPIOA的控制寄存器組時、直接使用宏定義好

? ? ? ? GPIO_TypeDef 類型的指針，而且指針指向 GPIOA端口的首地址，這樣我們直接用宏GPIOA訪問改外設的任意一個寄存器

? ? ? ? GPIOA->MODER ? ? = ?0x20 ;

? ? ? ? GPIOA->OSPEEDR ?= ?0x16 ;

STM32F0啟動文件分析

內容概要：

STM32F0啟動模式

C語言程序內存排布

啟動文件startup_stm32f051.s分析

STM32F0的啟動模式：

注：Cortex-M0 的程序映像通常是從地址 0x00000000 開始的、系統復位后，處理器首先讀取向量表中的前兩個字（8 個字節），第一個字存入 MSP，第二個字為復位向量，它表示程序執行的起始地址（復位處理）

根據啟動模式的不同，用戶閃存、系統閃存和SRAM都 可以映射到0x0的低端地址； ? ? ?

我們的板子boot0直接接地，因此啟動區域為flash啟動

C語言內存排布：

注：棧的作用是用于局部變量，函數調用，函數形參等的開銷 ? ? ? ?

? ? ? ? 堆主要用來動態內存的分配

STM32F051啟動文件分析：

源碼及分析過程鏈接：https://pan.baidu.com/s/1R7ggGedaR4Zsxhzeis_8vg 密碼：7060

注：使用keil打開最佳

?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的物联网之STM32开发一（基础知识）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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