单片机原理及应用：第12章 基于ARM的单片机应用及实践概述

第十二章基于ARM的单片机应用及实践概述12.1单片机的发展趋势——走向集成、嵌入式嵌入式系统的发展主要来源于两大动力，即社会需求的拉动和先进技术的推动，需求提供了市场，带动了新技术的产生，刺激了新技术的推广。嵌入式系统的发展动力示意图12.2ARM、Cortex和STM32简介ARM系列内核ARM体系结构的特点：1.体积小、低功耗、低成本、高性能。2.支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8/16位器件。3.大量使用寄存器，指令执行速度更快。大多数数据操作都在寄存器中完成。4.ARM处理器共有37个寄存器，分为若干个组（BANK）。ARM处理器有7种不同的处理器模式。5.寻址方式灵活简单，指令长度固定，执行效率高。ARM7微处理器ARM7为低功耗的32位RISC处理器，采用冯诺依曼体系结构。ARM7微处理器系列具有如下特点：具有嵌入式ICE－RT逻辑，无论调试还是开发都很方便。能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。支持WindowsCE、Linux、PalmOS等嵌入式操作系统。指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户程序的升级和产品的更新换代。主频最高可达130MIPS。ARM9微处理器ARM9内核为32位RISC处理器，采用哈佛结构。ARM9内核微处理器具有以下特点：5级整数流水线，指令执行效率更高。提供1.1MIPS/MHz的运行速率。支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。支持32位的高速AMBA总线接口。内含全性能的MMU。内含MPU，支持实时操作系统。支持数据Cache和指令Cache。ARM9E微处理器ARM9E内核为综合处理器。ARM9E内核微处理器具有以下特点：支持DSP指令集。5级整数流水线，指令执行效率更高。支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。支持32位的高速AMBA总线接口。支持VFP9浮点处理协处理器。内含全性能MMU。内含MPU，支持实时操作系统。支持数据Cache和指令Cache。主频最高可达300MIPS。ARM11微处理器ARM1136J-S是第一个执行ARMv6架构指令的处理器。ARM1136J-S的主要特点如下：集成了具有独立的load-sotore和算术流水线的8级流水线。ARMv6指令包含了针对媒体处理的单指令流多数据流（SIMD）扩展。采用特殊的设计，以改善视频处理性能。为了进行快速浮点运算，增加了向量浮点单元。Cortex系列内核Cortex系列内核Cortex系列内核Cortex系列内核Cortex系列内核Cortex系列内核Cortex系列内核1.25Thumb-20.74Thumb/0.93ARMDMIPS/MHzxPSR.2modes.Stackedregs(1bank)PSR.6modes.20Bankedregs系统状态ArchitectureDefinedUndefined存储器印射Three

No睡眠模式12Cycles(6whenTailChaining)24-42Cycles(DependingonLSM)中断响应时间NMI,SysTickandupto240interrupts.IntegratedNVICInterruptControllerupto1-255PrioritiesFIQ/IRQ中断3-Stage+BranchSpeculation3-Stage流水线Thumb-2(Merged32/16-bit)ARM(32-bit)&Thumb(16-bit)指令集v7Mv4T体系结构Cortex-M3ARM7TDMI-SSTM32系列微控制器新的基于ARM内核的32位MCU系列内核为ARM公司为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的Cortex-M3内核超前的体系结构高性能，低电压，低功耗，创新的内核以及外设简单易用/自由/低风险STM32系列微控制器管脚,软件和外设全线兼容FLASH——32KB,64KB,128KBRAM——6KB,10KB,20KB封装——LQFP-48/LQFP-64/LQFP-100/BGA-100电压范围2.0到3.6VI/O电压容限为5VBothlineshaveupto:5xUSART2xSPI2xI2CRTC11+DMA2xWDG5x16-bitTIMERS

80%GPIOratio

12bADC(1µs)Tempsensor

36MHzCPUUpto48KBSRAMUpto512KBFLASH

Upto64KBSRAM

CAN

USB

ACtimer

EMI*2x12bADC

(1µs)Temp

sensor

DAC*

72MHzCPUInt8MHzRC

Int32kHzRCPOR/PDR/

PVDbrownout“基本型”系列“增强型”系列

EMI*

DAC*I2S**只有在Flash大于256KB（包含）的芯片上才包括DAC,EMI(144pins),I2S,SDIOSDIO*STM32F10x的两条产品线STM32F103“增强型”系列2V-3.6V供电电压5VI/O电压容限出色的时钟安全模式带有唤醒的低功耗模式内部RC嵌入的RESET-40/+85°C（工业级）CORTEXM3CPU

72MHz6kB-64kBSRAMARMPeripheralBus(max72MHz)2x12-bitADC

16channels/1Msps1/2xI2C0/1xSPI1/2/4xUSART/LIN

Smartcard/IrDa

ModemControl32/49/80*I/OsUpto16Ext.ITsFlashI/F32kB-512kB

FlashMemoryTempSensor1xUSB2.0FS1xbxCAN2.0B6x16-bitPWM

SynchronizedACTimer2xWatchdog

(independent&window)2/3/5x16-bitTimerExternalMemoryInterface**JTAG/SWDebugXTALoscillators

32KHz+4~16MHzPowerSupply

Reg1.8V

POR/PDR/PVDDMA

3to11*ChannelsNestedvectITCtrl2xSPI/I2S**2xDAC**1xSDIO**ImageSensor**1xUSART/LIN

Smartcard/IrDa

Modem-Ctrl1xSPIBridgeBridge1xSysticTimerARMLiteHi-SpeedBus

Matrix/Arbiter(max72MHz)Int.RCoscillators

32KHz+8MHzPLLClockControlRTC/AWUARMPeripheralBus(max36MHz)20BBackupRegsSTM32F103“增强型”系列6KBRAM*6KBRAM*FlashSize(bytes)128K256K512K100pins

LQFP/BGASTM32F103Rx20KBRAMSTM32F103Rx20KBRAMSTM32F103Cx20KBRAM32K64KSTM32F103Rx64KBRAMSTM32F103Vx20KBRAMSTM32F103Vx64KBRAMSTM32F103Vx20KBRAMSTM32F103Vx64KBRAM3xUSART3x16-bittimer2xSPI,2XI2CUSB,CAN,PWM2xADC64pinsLQFP48pins

LQFP2xUSART2x16-bittimer1xSPI,1xI2CUSB,CAN,PWM2xADC5xUSART5x16-bittimer2xSPI,2XI2CUSB,CAN,PWM2xADC,2xDAC,I2SEMI(144pinsonly)STM32F103Rx64KBRAM144pinsLQFP/BGASTM32F103Zx64KBRAMSTM32F103Zx64KBRAMSTM32R103Zx64KBRAMSTM32F103Cx10KBRAMSTM32F103Rx10KBRAM*32kBdevicesexistw/otheCANandUSB,with6kBofRAM0KSamplesApril07ProductionOct07SamplesDec07ProductionQ208STM32F103“增强型”系列特点高性能并不等于高功耗，STM32提出3种主要的能耗方案：Run模式：高动态功效；Standby模式：极低的功耗；能够工作在由电池直接供电的低电压状态下在Run模式下，以最高的72MHz速度全速在FLASH中运行,STM32的功耗也只有36mA(0.5mA/MHz)。在Standby模式典型功耗值更是低到2uA。Battery能够提供2.0到3.6V的电源电压STM32F103“增强型”系列特点STM32拥有三种不同的低功耗模式和一个通用的超频方案使用户可以相对于性能优化功耗。STM32内部嵌入了一个实时时钟（RTC），它可以由一个32KHz的石英晶振或内部RC提供。实时时钟拥有自己独立的供电部分，可以由一个专门的纽扣电池或主电源相互交替供电。它的典型功耗值在3.3V时为1.5uA。且带有20B的数据备份区。从低功耗模式启动的启动时间典型值比从Stop模式启动的启动时间短10us，而从Standby模式重启