STM32都学什么

news2024/11/17 9:35:44

一、什么是STM32?

对于STM32，从字面意思上来理解，ST是意法半导体，M是Microelectronics的缩写，其中32表示的是32位，那么整合起来理解就是：STM32就是指的ST公司开发的32位微控制器。在如今的32位控制器中，STM32可以说是最闪耀光彩夺目的新星，所以也造就了STM32被现在的大多数工程师以及市场所青睐，对它是宠爱有加啊！

STM32系列基于专门要求高性能，低成本，低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M0，Cortex-M1，Cortex-M3，Cortex-M4，Cortex-M7等。其中Cortex-M0主打的是低功耗和混合信号的处理，M3主要用来替代ARM7，重点侧重能耗和性能的均衡，而M7则重点放在高性能控制运算领域。

二、接下来我们看一下Cortex-M0的结构框图

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。

三、Cortex-M0特性

(1)Thumb 指令集，高效、高代码密度；

(2)高性能，使用ARMv6-M的体系架构；

(3)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；

(4)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；

(5)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。

(6)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。

四、Cortex-M0工作模式

Cortex-M0有两种工作模式和两种工作状态，分别如下:

(1)线程模式（Thread Mode）：

芯片复位后，即进入线程模式，执行用户程序；

(2)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。

(3)Thumb状态：正常运行时处理器的状态

(4)调试状态：调试程序时处理器的状态

五、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：

(1)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

(2)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

(3)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

(4)R15：程序计数器（PC），存储下一条将要执行的指令的地址。

六、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

七、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

八、STM32的应用