物联网之STM32开发一（基础知识）

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STMCU 发布时间：2020-9-27 10:50

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一、ARM体系结构概述内容概述：

必须要get到的ARM知识

Cortex-M0处理器介绍

认识STM32

STM32F0硬件平台介绍

必须要get到的ARM知识：

STM32的核心部件CPU是Cortex-M 系列处理器

ARM处理器家族：

早先经典处理器包括ARM7、ARM9、ARM11家族。

Cortex-M 系列为单片机驱动的系统提供的低成本优化方案，应用于传统的微控制器市场，智能传感器，汽车周边部件等。

Cortex-A 系列针对开放式操作系统的高性能处理器；应用于智能手机，数字电视，智能等高端运用。

Cortex-R 系列针对实时系统、满足实时性的控制需求；应于汽车制动系统，动力系统等。

ARM处理器架构：

概念：体系结构定义指令集和基于这一体系结构下处理器的编程模型（基本数据类型、工作模型、寄存器组）。基于同种体系结构可以有多种处理器、每个处理器的性能不同，面向的应用领域也不同。

ARM体系结构发展：

目前ARM体系架构共定义了8个版本V1-V8

V1-V3 最早的版本，目前已废弃

V4-V6 经典处理器中运用的比较多

V7 目前Cortex系列处理器主要是这种架构、支持Thumb-2的32位指令集

V8 兼容ARMv7架构的特性，并支持64位数据处理

ARM指令集：

指令集的概念：处理器能够识别并执行的指令集合；每一条指令可处理一个简单或复杂操作（加、加乘…）；每一条指令对应一条或几条汇编指令。

指令集常见分类：

复杂指令集（CISC）：包含处理复杂操作的特定指令，指令长度不固定，执行需要多个周期。

精简指令集（RISC）：指令简单而有效，格式和长度通常是固定的，大多数指令在一个周期内可以执行完毕，ARM的内核是基于RISC体系结构的

SOC的概念：

SOC(片上系统)指的是在单个芯片上集成一个完整的计算机系统，所谓完整的系统一般包括中央处理器(CPU)、存储器、以及外围电路等。

Cortex-M0处理器介绍

主要内容：

Cortex-M0处理器简介

Cortex-M0体系结构

Cortex-M0异常和中断

Cortex-M0指令集

Cortex-M0处理器简介：

Cortex-M 系列产品主要包括 Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M7 等，其中 Cortex-M0 主打低功耗和混合信号的处理，M3 主要用来替代 ARM7,重点侧重能耗与性能的平衡，而 M7 则重点放在高性能控制运算领域。

注：STM32F051微控制器内核就是ARM Cortex-M0

Cortex-M0结构框图：

Cortex-M0 微处理器主要包括处理器内核、嵌套向量中断控制器（NVIC）、调试子系统、内部总线系统构成。Cortex-M0 微处理器通过精简的高性能总线（AHB-LITE）与外部进行通信。

Cortex-M0特性：

Thumb 指令集，高效、高代码密度；

高性能，使用ARMv6-M的体系架构；

中断数量可配置（1~32 个），4 级中断优先级，低中断切换时延，提供不可屏蔽中断（NMI）输入保障高可靠性系统；

门电路少，低功耗，处理器可在休眠状态下掉电以降低功耗，还可被 WIC 唤醒；

与 Cortex-M1 处理器兼容，向上兼容 Cortex-M3 和 Cortex-M4 处理器，可以很容易地升级到 Cortex-M3。Cortex-M3 和 Cortex-M4 移植到 Cortex-M0 也非常简单。

支持多种嵌入式操作系统，也被多种开发组件支持，包括 MDK（ARM Keil 微控制器开发套件）、RVDS（ARM RealView 开发组件）、IAR C 编译器等。

Cortex-M0工作模式：

Cortex-M0有两种工作模式和两种工作状态：

线程模式（Thread Mode）：芯片复位后，即进入线程模式，执行用户程序；

处理模式（Handler Mode）。当处理器发生了异常或者中断，则进入处理模式进行处理、处理完成后返回线程模式。

Thumb状态：正常运行时处理器的状态

调试状态：调试程序时处理器的状态

Cortex-M0寄存器组——通用寄存器：

Cortex-M0 处理器内核有 13 个通用寄存器以及多个特殊寄存器，如图所示。具体介绍如下：

R0-R12：通用寄存器。其中 R0-R7 为低端寄存器，可作为 16 位或 32 位指令操作数，R8-R12 为高端寄存器，只能用作 32 位操作数

R13：堆栈指针 SP，Cortex-M0 在不同物理位置上存在两个栈指针，主栈指针 MSP，进程栈指针 PSP。在处理模式下，只能使用主堆栈，在线程模式下，可以使用主堆栈也可以使用进程堆栈，这主要是由 CONTROL 寄存器控制完成。系统上电的默认栈指针是MSP

R14：连接寄存器(LR)，用于存储子程序或者函数调用的返回地址

R15：程序计数器（PC），存储下一条将要执行的指令的地址。

Cortex-M0寄存器组——特殊寄存器：

xPSR：组合程序状态寄存器，该寄存器由三个程序状态寄存器组成：

应用PSR（APSR）：包含前一条指令执行后的条件标志

中断PSR（IPSR）：包含当前ISR的异常编号

执行PSR（EPSR）：包含Thumb状态位

PRIMSK：中断屏蔽特殊寄存器。

CONTROL：控制寄存器。

控制处理器处于线程模式时，使用哪个堆栈：

=0，使用MSP

=1，使用PSP

处理器模式时，固定使用MSP

Cortex-M0异常和中断：

Cortex-M0 处理器最多支持 32 个外部中断（通常称为 IRQ）和一个不可屏蔽中断（NMI），另外 Cortex-M0 还支持许多系统异常（Reset、HardFault、SVCall、PendSV、SysTick），它们主要用于操作系统和错误处理，参见下表

Cortex-M0指令集：

ARM 处理器支持两种指令集：ARM 和 Thumb。

EPSR 寄存器的 T 标志位负责指令集的切换，Cortex-M0只支持Thumb指令。

ARM指令集：32位精简指令集；指令长度固定；降低编码数量产生的耗费，减轻解码和流水线的负担。

Thumb指令集：Thumb指令集是ARM指令集的一个子集；指令宽度16位；与32位指令集相比，大大节省了系统的存储空间； Thumb指令集不完整，所以必须配合ARM指令集一同使用。

注：Thumb 与 ARM 相比，代码体积小了 30%，但性能也低了 20%。2003 年，ARM 公司引入了 Thumb-2 技术，具备了一些 32 位的 Thumb 指令，使得原来很多只有 ARM 指令能够完成的功能，用 Thumb 指令也可以完成了。Cortex-M0 基于的 ARMv6-M 体系结构，该体系结构的处理器只是用了16位Thumb指令和部分32位Thumb指令

认识STM32

内容概述：

STM32的应用

STM32产品的介绍

STM32产品命名规范

STM32F0体系架构

STM32：从字面上来理解，ST 是意法半导体，M 是 Microelectronics 的缩写，32 表示32 位，合起来理解，STM32 就是指 ST 公司开发的 32 位微控制器。在如今的 32 位控制器当中，STM32 可以说是最璀璨的新星，它受宠若娇，大受工程师和市场的青睐，无芯能出其右。

STM32的应用：

可穿戴物联网无人机工业控制医疗电子汽车电子电力系统石油系统燃气系统 …….