STM32系统架构及什么是寄存器

目录

一、STM32芯片架构简图及系统框图

1.1 STM32芯片架构简图

1.1.1 FLASH是什么，用来做什么

1.1.2 SRAM是什么，用来做什么

1.1.3 片上外设是什么，用来做什么

1.2 系统框图

1.2.1 驱动单元

1.2.2 被动单元

二、什么是寄存器

2.1 存储器映射

2.1.1 存储器 Block0 内部区域功能划分

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2.1.2 存储器 Block1 内部区域功能划分

2.1.3 存储器 Block2 内部区域功能划分

2.2寄存器映射

2.2.1 STM32的外设地址映射

2.2.2 C语言对寄存器的封装

2.2.3 修改寄存器的位操作方法

注意： 文中标注 红色是重要信息，绿色是个人总结

一、STM32芯片架构简图及系统框图
1.1 STM32芯片架构简图
        STM32 芯片是已经封装好的成品，主要由内核和片上外设组成。若与电脑类比，内核与外设就如同电脑上的 CPU 与主板、内存、显卡、硬盘的关系。
        STM32F103 采用的是 Cortex-M3 内核，内核即 CPU，由 ARM 公司设计。ARM 公司并不生产芯片，而是出售其芯片技术授权。芯片生产厂商(SOC)如ST、TI、Freescale，负责在内核之外设计部件并生产整个芯片，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等都叫做片上外设。

架构简图 

        个人总结：STM32单片机有很多系列，它其中的内核包括很多，有M0、M3、M4、M7等等各种内核，这些内核是由 ARM 公司进行设计但不生产 相当于盖房子是设计图纸的，而ST、TI等这些公司来进行生产 相当于拿到图纸进行盖房子的建筑公司。他们不仅盖房子，而且还在房子旁边建筑了配套设施，这可以看作是片上外设。

1.1.1 FLASH是什么，用来做什么
FLASH是什么：

FLASH: （Flash memory）闪存，用于存储程序代码和数据。
特性：非易失性存储器，系统断电或重启时，存储在其中的数据不会丢失。
用途：用于存储用户程序、固件和其他必要的信息。
在STM32芯片中，FLASH 的主要作用（用来做什么）包括：

存储程序代码： Flash主要用于存储微控制器的程序代码。在开发STM32应用时，您的编程代码将被烧录到Flash存储器中，以便微控制器能够执行您的应用程序。
非易失性存储： 与RAM（随机访问存储器）不同，Flash是非易失性存储器，这意味着它可以在断电后保持存储内容。这使得Flash成为存储在微控制器上电之间需要保留的重要信息的理想选择。
固件升级： Flash还用于执行固件升级。通过在Flash中存储新的固件版本，您可以通过编程方式更新微控制器的软件，而无需更换芯片。
数据存储： 除了程序代码，Flash还可用于存储一些常量数据、配置信息或其他需要在应用程序之间保持不变的数据。
1.1.2 SRAM是什么，用来做什么
SRAM 是什么： 

SRAM：（Static Random-Access Memory）静态随机访问存储器，是一种用于存储数据的类型的内存。
特性：易失性存储器，系统断电或重启时，存储在其中的数据会丢失。
用途：Flash存储器通常用于存储程序代码，而 SRAM 则用于存储临时变量、中间计算结果和其他需要在程序执行期间频繁读写的数据。
在STM32芯片中，SRAM的主要作用（用来做什么）包括：

数据存储： SRAM用于存储在程序执行期间生成的数据。这可以包括临时变量、堆栈信息、全局变量等。
堆栈操作： 堆栈是一种用于存储函数调用和返回地址的数据结构。在程序执行时，每次函数调用都会将一些信息（如局部变量、返回地址等）存储在堆栈中。由于堆栈的访问模式是先进后出（Last In First Out，LIFO），因此SRAM是一个适合堆栈操作的存储介质。
运行时堆管理： 一些应用程序可能需要在运行时动态分配内存，例如使用malloc和free等函数。这样的内存分配通常是从SRAM中进行的。
中间结果存储： 在一些计算密集型应用中，SRAM用于存储中间计算结果，以提高访问速度并减少对Flash存储器的写入次数。
        总体而言，SRAM在STM32芯片中起到了关键的作用，对于实时性要求高、需要频繁读写数据的应用程序来说，SRAM的快速访问速度和可读写特性是非常重要的。

        个人总结：SRAM 就是一块儿内存，可以高速访问读写的内存，但掉电丢失数据，相当于我们手机里经常说的内存 8G+128G 中的 8G，我们打开某个APP，手机的操作系统就会调用该APP，其中产生的临时变量、函数调用什么的都是在运行内存上进行，所以，买手机大家都看运行内存有多大，当然越大，你的手机使用起来就越流畅，开多个应用也不会卡，当然这也只是你手机运行流畅的一部分原因，还得看手机厂商做的怎么样之类的。

1.1.3 片上外设是什么，用来做什么
        在 STM32 微控制器中，"片上外设"（On-Chip Peripherals）指的是集成在芯片内部的硬件功能模块，用于执行特定的任务或提供特定的功能。这些外设可以大大简化嵌入式系统的设计，因为它们无需外部组件就能执行各种任务。

        STM32 系列微控制器的片上外设种类繁多，不同型号的芯片可能具有不同的外设配置。以下是一些常见的 STM32片 上外设以及它们的一些用途：

GPIO（通用输入/输出）： 用于连接和控制外部数字设备，例如LED、按钮、传感器等。
USART/UART（通用同步/异步收发器）： 用于串行通信，例如连接到计算机、传感器、其他微控制器等。
SPI（串行外设接口）： 用于高速串行通信，适用于连接存储器、传感器、显示屏等。
I2C（Inter-Integrated Circuit）： 用于短距离串行通信，适用于连接多个设备，如传感器、EEPROM等。
ADC（模数转换器）： 用于将模拟信号转换为数字信号，适用于从传感器中读取模拟数据。
PWM（脉冲宽度调制）： 用于生成脉冲信号，通常用于控制电机、LED亮度等。
定时器和计数器： 用于生成定时事件，执行精确的时间控制。
看门狗定时器（WDT）： 用于监视系统的运行状况，防止系统死锁或崩溃。
CAN（控制器区域网络）： 用于在车辆系统等应用中进行高速通信。
USB控制器： 用于支持USB通信。
        这只是其中一部分外设的示例，不同的STM32型号可能会包含其他特定用途的外设。使用这些片上外设，开发人员可以更轻松地实现各种应用，而无需外部硬件。

1.2 系统框图
       芯片（这里指内核，或者叫CPU）和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，具体见图 STM32F10xx 系统框图。为了方便理解，我们都可以把驱动单元理解成是 CPU 部分，被动单元都理解成外设。下面我们简单介绍下驱动单元和被动单元的各个部件。

 系统框图

1.2.1 驱动单元
（1）ICode 总线：

        ICode 中的 I 表示 Instruction，即指令。我们写好的程序编译之后都是一条条指令，存放在FLASH 中，内核要读取这些指令来执行程序就必须通过 ICode 总线，它几乎每时每刻都需要被使用，它是专门用来取指的。

        个人总结：我们编辑好我们的代码，经过编译器编译生成计算机可执行的代码。这些代码我们可以通过反汇编查看，其实就是一条条的指令，计算机可以看懂的代码指令，这些指令都存储在我们FLASH上，CPU 通过 ICode 总线，读取指令进行操作。

（2）DCode 总线：

        DCode 中的 D 表示 Data，即数据，那说明这条总线是用来取数的。 我们在写程序的时候，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，是放到内部FLASH 当中的；

        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。 因为数据可以被 Dcode 总线和 DMA 总线访问，所以为了避免访问