本帖最后由 小小电路板 于 2018-4-25 08:59 编辑
序言：接触嵌入式一段时间了，但是因条件有限个人技能没得到太大的提升。自己制定计划用半年的时间来自学STM32，希望半年有所收获。
本文主要介绍STM32与单片机、嵌入式、ARM的关系，引入介绍STM32的特点、选型以及简单介绍一下Cortex-M3内核。
STM32和单片机
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种IO口和中断系统、定时器\计数器等功能（如：电机驱动、PWM调制、AD信息采集转换等电路）集成在一块硅片上构成小而完善的微型计算机系统。常见的有以前8位的51单片机。STM32是一种32位的单片机，运行速度、功耗、IO接口等都高度优于8位单片机，不但可以进行寄存器编程，还可以调用STM32的固件库进行编程，简化了软件的开发和后期的移植。
STM32和嵌入式
嵌入式是以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可裁减，适用应用系统对功能、性能、体积等有针对要求的的专用计算机系统。嵌入式主要分为DSP、微控制器MCU、微处理器、Soc四种。一个完整的嵌入式研发包括硬件层、驱动层、操作系统层、应用层开发。STM是一种微控制器MCU，也就是说属于嵌入式的一种。
STM32和ARM
ARM可以理解为一个公司名，也可以理解为一种微处理的全程，也可以理解为一种技术。ARM是一家从事制作芯片标准的公司，并不生产芯片。它负责芯片内核结构的设计，而把具体实现授权与其他芯片厂家，如TI、ST等。ARM公司为了能让不同芯片公司生产的芯片在软件上基本兼容提出了ARM Cortex内核。而本次自学的STM32F103ZET6的内核就是Cortex-M3。
Cortex-M3
Cortex-M3是一个 32位处理器内核。内部的数据路径是 32位的，寄存器是 32位的，存储器接口也是 32 位的。CM3 采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖。这样一来数据访问不再占用指令总线，从而提升了性能。为实现这个特性， CM3内部含有好几条总线接口，每条都为自己的应用场合优化过，并且它们可以并行工作。但是另一方面，指令总线和数据总线共享同一个存储器空间（一个统一的存储器系统）。
寄存器组
处理器拥有R0-R15的寄存器组，其中R13最为堆栈指针SP,SP有两个，但是同一时刻只能有一个可以看到，这就是所谓的“banked”寄存器。
a、R0-R12都是 32位通用寄存器，用于数据操作。但是注意：绝大多数 16位Thumb指令只能访问R0-R7，而 32位 Thumb-2指令可以访问所有寄存器。
b、Cortex-M3拥有两个堆栈指针，然而它们是 banked，因此任一时刻只能使用其中的一个。
主堆栈指针（MSP）：复位后缺省使用的堆栈指针，用于操作系统内核以及异常处理例程（包括中断服务例程）
进程堆栈指针（PSP）：由用户的应用程序代码使用。
堆栈指针的最低两位永远是0，这意味着堆栈总是4字节对齐的。
c、R14：连接寄存器--当呼叫一个子程序时，由R14存储返回地址
d、R15：程序计数寄存器--指向当前的程序地址，如果修改它的值，就能改变程序的执行流（这里有很多高级技巧）
e、Cortex-M3还在内核水平上搭载了若干特殊功能寄存器，包括：
程序状态字寄存器组（PSRs）
中断屏蔽寄存器组（PRIMASK, FAULTMASK, BASEPRI）
控制寄存器（CONTROL）
Cortex-M3处理器支持两种处理器的操作模式，还支持两级特权操作。
两种操作模式分别为：处理者模式（hander mode）和线程模式（thread mode）。引入两个模式的本意，是用于区别普通应用程序的代码和异常服务例程的代码——包括中断服务例程的代码。
Cortex-M3 的另一个侧面则是特权的分级——特权级和用户级。这可以提供一种存储器访问的保护机制，使得普通的用户程序代码不能意外地，甚至是恶意地执行涉及到要害的操作。处理器支持两种特权级，这也是一个基本的安全模型。
Cortex-M3的简评
1、高性能
许多指令都是单周期的——包括乘法相关指令。并且从整体性能上，Cortex-M3比得过绝大多数其它的架构。
指令总线和数据总线被分开，取值和访内可并行不悖。
Thumb-2的到来告别了状态切换的旧世代，再也不需要花时间来切换于 32位 ARM状态和16位Thumb状态之间了。这简化了软件开发和代码维护，使产品面市更快。
Thumb-2指令集为编程带来了更多的灵活性。许多数据操作现在能用更短的代码搞定，这意味着 Cortex-M3的代码密度更高，也就对存储器的需求更少。
取指都按 32位处理。同一周期最多可以取出两条指令，留下了更多的带宽给数据传输。
Cortex-M3的设计允许单片机高频运行（ 现代半导体制造技术能保证 100MHz以上的速度）即使在相同的速度下运行，CM3的每指令周期数(CPI)也更低，于是同样的 MHz下可以做更多的工作；另一方面，也使同一个应用在 CM3上需要更低的主频。
2、先进的中断处理功能
内建的嵌套向量中断控制器支持240条外部中断输入。向量化的中断功能大大减少了中断延迟，因为不在需要软件去判断中断源。中断的嵌套也是在硬件水平上实现的，不需要软件代码来实现。
Cortex-M3在进入异常服务例程时，自动压栈了 R0-R3, R12, LR, PSR 和PC，并且在返回时自动弹出它们，这多清爽！既加速了中断的响应，也再不需要汇编语言代码了
NVIC支持对每一路中断设置不同的优先级，使得中断管理极富弹性。最粗线条的实现也至少要支持 8级优先级，而且还能动态地被修改。
优化中断响应还有两招，它们分别是“咬尾中断机制”和“晚到中断机制”。
有些需要较多周期才能执行完的指令，是可以被中断－继续的——就好比它们是一串指令一样。这些指令包括加载多个寄存器（LDM），存储多个寄存器（STM），多个寄存器参与的PUSH，以及多个寄存器参与的 POP。
除非系统被彻底地锁定，NMI（不可屏蔽中断）会在收到请求的第一时间予以响应。对很多安全-关键(safety-critical)的应用，NMI都是必不可少的（如化学反应即将失控时的紧急停机）。
STM32F103ZET6
STM32F103ZET6是一款大容量的MCU，512K Flash 64K SRAM有丰富的外设接口。
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