《嵌入式-STM32开发指南》第一部分入门篇 - 第4章库开发简介-电子工程世界

4.1 STM32 系统架构

STM32 的系统架构比 51 单片机就要强大很多了。首先我们看看 STM32 的系统架构图：

图1 系统架构

STM32 主系统主要由四个驱动单元和四个被动单元构成。

四个驱动单元
 内核 DCode 总线；
 系统总线；
 通用 DMA1；
 通用 DMA2；

四被动单元
 AHB 到 APB 的桥：连接所有的 APB 设备；
 内部 FlASH 闪存；
 内部 SRAM；
 FSMC；

下面我们具体讲解一下图中几个总线的知识：

① ICode 总线：该总线将 M3 内核指令总线和闪存指令接口相连，指令的预取在该总线上面完成。
② DCode 总线：该总线将 M3 内核的 DCode 总线与闪存存储器的数据接口相连接，常量加载和调试访问在该总线上面完成。
③ 系统总线：该总线连接 M3 内核的系统总线到总线矩阵，总线矩阵协调内核和 DMA 间访问。
④ DMA 总线：该总线将 DMA 的 AHB 主控接口与总线矩阵相连，总线矩阵协调 CPU 的DCode 和 DMA 到 SRAM,闪存和外设的访问。
⑤ 总线矩阵：总线矩阵协调内核系统总线和 DMA 主控总线之间的访问仲裁，仲裁利用轮换算法。
⑥ AHB/APB 桥:这两个桥在 AHB 和 2 个 APB 总线间提供同步连接， APB1 操作速度限于36MHz,APB2 操作速度全速。

对于系统架构的知识，在刚开始学习 STM32 的时候只需要一个大概的了解，大致知道是个什么情况即可。对于寻址之类的知识，这里就不做深入的讲解。

图2 CMSIS架构

4.2 STM32的地址映射

在分析这个问题之前，我们看看51 单片机中是怎么做的。 51 单片机开发中经常会引用一个 reg51.h 的头文件，下面我们看看他是怎么把名字和寄存器联系起来的：

sfr P0 =0x80;

sfr 也是一种扩充数据类型，占用一个内存单元，值域为 0～255。利用它可以访问 51 单片机内部的所有特殊功能寄存器。如用 sfr P1 = 0x90 这一句定义 P1 为 P1 端口在片内的寄存器。然后我们往地址为 0x80 的寄存器设值的方法是： P0=value；通过改变value的值来控制单片机。

图3 寄存器映射关系

所谓地址映射，就是将芯片上的存储器甚至 I/O 等资源与地址建立一一对应的关系。如果某地址对应着某寄存器，我们就可以运用 C 语言的指针来寻址并修改这个地址上的内容，从而实现修改该寄存器的内容。打个比方，寄存器就像快递员，当你在某宝上买了东西后，快递员就按照地址送到你手上，要想准确无误的送到你手上，就必须保证地址准确无误。

Cortex-M3 的地址映射也是类似的。Cortex-M3 有 32 根地址线，所以它的寻址空间大小为 2 32 bit=4 GB。ARM 公司设计时，预先把这 4 GB 的寻址空间大致地分配好了。它把从 0x40000000 至 0x5FFFFFFF（ 512 MB）的地址分配给片上外设。通过把片上外设的寄存器映射到这个地址区，就可以简单地以访问内存的方式，访问这些外设的寄存器，从而控制外设的工作。这样，片上外设可以使用 C 语言来操作。CM3 存储器映射见图 4- 4。
stm32f10x.h 这个文件中重要的内容就是把 STM32 的所有寄存器进行地址映射。如同51 单片机的 < reg51.h > 头文件一样，stm32f10x.h 像一个大表格，我们在使用的时候就是通过宏定义进行类似查表的操作，大家想象一下没有这个文件的话，我们要怎样访问 STM32的寄存器？有什么缺点？不进行这些宏定义的缺点有：

1）地址容易写错。
2）我们需要查大量的手册来确定哪个地址对应哪个寄存器。
3）看起来还不好看，且容易造成编程的错误，效率低，影响开发进度。

当然，这些工作都是由 ST 的固件工程师来完成的，只有设计 CM3 的人才是最了解 CM3的，才能写出完美的库。
在这里我们以外接了 LED 灯的外设 GPIOC 为例，如果是其他的 IO 端口，则改成相应的地址即可。在这个文件中一系列宏实现了地址映射。

#define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)

#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x1000

#define PERIPH_BASE ((uint32_t)0x40000000)

这几个宏定义是从文件中的几个部分抽离出来的，具体的内容读者可参考stm32f10x.h 源码。

图4 Cortex-M3 预定义的存储器映射

首先看到 PERIPH_BASE 这个宏，宏展开为 0x40000000，并把它强制转换为 uint32_t的 32 位类型数据，这是因为 STM32 的地址是 32 位的，是不是觉得 0x40000000 这个地址很熟？是的，这是 Cortex-M3 核分配给片上外设 512MB 寻址空间中的第一个地址，我们把0x40000000 称为外设基地址。

接下来是宏 APB2PERIPH_BASE，宏展开为 PERIPH_BASE（外设基地址）加上偏移地址 0x10000，即指向的地址为 0x40010000。这个 APB2PERIPH_BASE 宏是什么地址呢？STM32 不同的外设是挂载在不同的总线上的，见图 4-6。STM32 芯片有 AHB 总线、APB2总线和 APB1 总线，挂载在这些总线上的外设有特定的地址范围。
其中像 GPIO、串口 1、ADC 及部分定时器是挂载在称为 APB2 的总线上，挂载到APB2 总线上的外设地址空间是从 0x40010000 至 0x40013FFF 地址。这里的第一个地址，也就是 0x40010000，称为 APB2PERIPH_BASE （APB2 总线外设基地址）。

而 APB2 总线基地址相对于外设基地址的偏移量为 0x10000 个地址，即为 APB2 相对外设基地址的偏移地址，见表1。