代码收藏家技术教程 2025-05-23

STM32初探：探访芯片家族的旅程

Main-仙夕

从零开始的STM32生活————拜访芯片家族

芯片家族里都有谁？

我们首先要先来看看，我们使用的芯片，它的内部有什么呢？是如何来实现功能的呢？

简要来说，一个封装好的芯片由：

内核：即CPU
外设：GPIO，USART，I2C等等

这两部分可以理解成一个人，内核就是大脑，外设就是身体的其他部分。

那你可能会问：大脑通过神经通路传递指令，那我们的内核和外设呢？它们是怎么工作的？

🤯这里我需要带大家具体探索一下芯片家族成员：

I-Code总线
驱动单元：D-Code总线，System总线，DMA总线(内核家庭)
被动单元：Flash，SRAM，FSMC，AHB和APB（外设家庭）

I-Code总线

虽然它也叫“总线”，但大家记住，它可不是内核家族的成员！

I-Code总线生下来就带着芯片家族的使命，那就是读取指令

什么是读取指令呢？

我们的程序通过编译器后是很多条“指令”，这些“指令”存放在我们之前提到过的Flash里。我们的ICode总线需要把指令读取出来给内核

I-Code：我不生产指令，我只是指令的搬运工。

驱动单元家庭

D-code总线

D-code的“D”指的是“Data”，很显然啊，它是用来取数据的。我们在写代码时的数据，一般分为：

常量：用“const”修饰，代表不可改变的数，存放在Flash
变量：存放在SRAM

但是除了D-Code总线能访问数据，它的家人DMA总线也可以，所以我们使用总线矩阵来仲裁用哪个总线（后文会详细介绍）

System总线

它是专门负责访问外设寄存器的总线，我们读写寄存器都要通过它。

DMA总线

DMA总线是家里的“大哥”，它既可以访问外设寄存器，又可以访问SRAM，甚至是内部的Flash

那内核家庭肯定不允许这个“大哥”只手遮天。所以“总线矩阵”被创造了出来。

😺总线矩阵

总线矩阵是一个交叉开关（Crossbar）结构，允许多个主设备同时访问不同的从设备（只要路径不冲突）。它的核心作用是：

并行访问：例如CPU通过D-Code总线读取Flash时，DMA可以同时通过另一条总线访问SRAM。

优先级仲裁：当多个主设备竞争同一从设备时（如CPU和DMA同时访问SRAM），总线矩阵根据预设规则决定谁先访问。

典型优先级：I-Code（CPU取指令） > D-Code（CPU取数据） > System总线（CPU访问SRAM/外设） > DMA

注：指令是我们“大脑”需要的指令，当然要优先读取，DMA只是作为辅助工具，从此堕落神坛。（垄断终被制裁！人民万岁！）

被动单元家庭

Flash

Flash是我们内部的闪存存储器，内核会通过I-Code总线读取里面的指令

SRAM

也就是RAM，我们的栈堆和变量等等存储在里面，内核通过D-Code访问它。

类比理解 SRAM 和 Flash

存储类型	类比	特点
Flash	电脑的硬盘	长期存储程序代码、常量（掉电不丢失，但速度慢）
SRAM	电脑的内存条	临时存储变量（速度快，掉电丢失）

SRAM 和 Flash 的区别

特性	SRAM	Flash
速度	⚡ 超快（CPU 直接读写）	🐢 较慢（需要等待）
掉电后	数据丢失	数据保留
用途	变量、堆栈、动态数据	程序代码、常量数据
大小	较小（几KB~几百KB）	较大（几十KB~几MB）

编程时，有些软件会显示SRAM里的占用情况，例如Keil。

FSMC

FSMC即“灵活的静态储存器控制器”，是我们芯片家族的“翻译官”。

FSMC（Flexible Static Memory Controller）：

“Static”（静态）：只能接 静态存储器（如 SRAM、NOR Flash），不能接 动态存储器（如 SDRAM）。

“Flexible”（灵活）：支持多种存储设备，且可以配置不同的访问时序。

在实际中，我们的芯片家族往往要接待许多歪果仁（如SRAM，NORFlash），我们的内核语言无法交流啊。这时候需要它来翻译，让内核可以像控制内部寄存器一样控制它们。

这个功能我们称之为：“内部映射”，即把外接芯片 映射到它的内存地址空间

外接 SRAM 被映射到 0x60000000~0x6007FFFF（512KB）。

你读写这个地址范围时，FSMC 自动操作外接芯片。

AHB和APB

STM32 的总线系统像一座城市的交通网络，不同道路承担不同任务：

AHB：高速公路（高速数据流，连接核心部件）。

APB：普通公路（低速但灵活，连接外设

对比 AHB 和 APB

特性	AHB	APB
速度	高速（= CPU 主频）	低速（≤ AHB 的 1/2）
协议复杂度	高（支持突发、流水线）	低（单次传输）
连接设备	CPU、DMA、内存	USART、GPIO、TIMER 等外设
功耗	高	低