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2021年03月24日 | 【STM32】STM32系统架构浅析
2021-03-24 来源：eefocus
在学习STM32芯片的强大外设功能之前，首先要从宏观上学习芯片的系统架构，明白各个模块之间的层级关系以及相互的影响。只有从宏观上把握了，才不至于“掉入细节之中，不识庐山真面目”。
本文从整体构架上构建宏观的概念以及联系，不会太深入剖析具体实现原理。
1 系统架构图
上面的架构图主要包含：
ARM公司提供的内核：cortex-M3
ARM公司提供的总线：Icode，Dcode，System总线
ST公司提供的总线矩阵，DMA控制器，AHB总线，APB总线，以及各个外设控制器
以上整体称之为片上系统(SOC)，每个模块各司其职，存在竞争与合作。
2 计算机组成原理
计算机组成原理告诉我们，计算机硬件由5大部分构成：运算器，控制器，存储，输入/输出设备。其中运算器和控制器构成中央处理器(CPU)，可以是Intel的I7/I8/I9，也可以是ARM的M3/M4/M7/A8/A9...等。存储器又分为内存与外存，可以是PC端的DDR和硬盘，也可以是单片机端的SRAM和Flash。对于嵌入式来说，上图的系统架构体现出计算机组成原理的设计，各个模块之间通过总线进行通信。
3 哈佛架构
从上图可知，STM32芯片是属于哈佛架构。
哈佛架构与冯诺依曼的最大区别在于：
哈佛架构的数据总线，指令总线是分开独立的，CPU通过Icode从Flash中取指令，再译码，得到数据的地址，再通过Dcode总线和SRAM进行数据交互。
哈佛架构的优势：
并行体系结构，将程序指令和数据存储在不同的存储空间中，每个存储器独立编址、独立访问。哈佛架构的微处理器通常具有较高的执行效率，其程序指令和数据指令分开组织和储存的，执行时可以预先读取下一条指令。
4 总线矩阵
总线矩阵的前级是主设备(Msater)：cortex-M3和DMA；
后级是从设备：存储器以及各个外设控制器
通过总线矩阵，可以实现内核与DMA控制器对外设的访问，凡是挂在总线矩阵上的设备，内核与DMA都是有权访问的。
5 内核cortex-M3
内核的主要功能是执行我们编译后的bin文件，代码是如何执行的呢？
内核(CPU)，通过取指，译码，执行这样的三级流水线执行代码，若没有中断与异常，CPU一直顺序执行。但CPU很强大的功能之一就是有响应中断和异常的能力，通过规定好的异常向量表处理异常(比如复位，hard fault等)，通过规定好的中断向量表处理中断，中断的性能从一定程度上表示这款内核的性能。
6 DMA控制器
当外设与存储器之间有大量数据传输时，每次都通过CPU来处理，而CPU处理的方式有两种：
一是轮询(polling)，二是中断(interrupt)，这两种都会使CPU不断的处理数据的传输，从而导致其他功能的执行会受影响。为了提高大数据量传输时CPU的效率，从硬件上增加了DMA控制器，来实现外设与内存之间的数据传输。
留一个问题，当DMA控制器工作的时候，CPU在干什么？
史海拾趣
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