架构

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基础架构

  • 存储器映像空间（最大4GB）

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  • MMIO映射区域（不是真实的存储器）
    • BOOT区
    • 总线仲裁器发现要访问BOOT区时，会通过总线仲裁（主FLASH、系统FLASH、SRAM三选一），然后转接到对应地址
    • 核外设备寄存器
    • 总线仲裁器发现要访问该区时，会转接到外设端口
    • 核内设备寄存器
    • 总线仲裁器发现要访问该区时，会转接到内设端口
    • Bit-Band区（位段/位带）与Bit-Band别名区
    • SRAM和FLASH中各有一个位带区，这个区域内可以支持对bit操作
    • 位带操作：访问位带别名区的对应byte==访问位带区的对应bit（注意不能直接对位带区操作）
    • 进行位带操作时，必须使用volatile：否则可能因为优化产生一个缓存，导致不能立即进行写入。
    • 位带与位带别名区的映射：$位带别名地址 = 位带别名基址 + (字节偏移 × 32) + (位编号 × 4)$
  • ROM：主FLASH、系统FLASH（SystemMemory）、选项字节FLASH

  • RAM：SRAM

  • 内存外存分类

  • 内存：片内RAM，片内FLASH（主FLASH、系统FLASH、选项字节FLASH），核内设备寄存器

  • 外存：FMC存储（片外RAM、片外FLASH），核外设备寄存器

  • 总线结构

  • ICode总线（ICache）：FLASH
  • DCode总线（DCache）：FLASH
  • System总线：总线仲裁器（master访问总线矩阵中连接的slave(直连的内设/外设总线)）
    • AHB总线（高速外设）：高速外设SDIO、RCC、APB总线
    • APB2总线（中速外设）：ADC、GPIO、SPI、TIM、USART的高速端口
    • APB1总线（低速外设）：ADC、GPIO、SPI、TIM、USART的低速端口

  • DMA总线：总线仲裁器

  • 主FLASH与SRAM构成

  • 主FLASH：初始化段、只读数据段(.rodata)、代码段
    • 初始化段：待初始化的.data和.bss段
    • 只读数据段：存放常量
    • 代码段
    • 读取FLASH的方式
    • 若读取bootloader代码，则只能使用XIP硬件移动（前提是代码段存在FLASH中，否则可以使用软件移动）
    • 若读取普通代码/数据，则可以：软件移动 / XIP硬件移动 至SRAM的data段再读写
  • SRAM：数据段(.data)、BSS段(.bss)、堆段、共享段、栈段
    • 系统栈段：存放进程上下文和局部变量
    • 共享段：存放多进程共享的库函数、用共享区域实现进程通信
    • 系统堆段：由malloc/free分配
    • BSS段：存放未初始化的全局变量和静态变量
    • 数据段：存放初始化的全局变量和静态变量
  • 选项字节FLASH
  • 用于配置读/写保护、硬件参数、用户自定义参数

系统上电过程

  • 流程：上电硬件复位->bootROM->(一级Bootloader)->二级Bootloader（SystemInit、__main）->用户程序

  • 一级Bootloader是可选的

  • 上电硬件复位

  • bootROM：硬件编程的启动代码，不在内存映像中
  • 用于初始化硬件
  • 最后通过BOOT区仲裁，跳转到一级bootloader/二级bootloader
  • 一级Bootloader==内置==：存在于系统FLASH中
  • 用于初始化CPU核心
  • 最后跳转至二级Bootloader
  • 二级Bootloader==用户reset_handler==：存在于主FLASH的SystemInit()中
  • 用于初始化SoC
  • 最后跳转至__main()
  • __main()用户reset_handler：存在于主FLASH的__main()中
  • 用于复制flash的.data段，移动flash的.bss段、堆栈初始化
  • 最后跳转至用户程序main()

分散加载文件（链接文件）

位运算

  • 置1：a |= 00000111（[2:0]置为1）
  • 置0：a &= 11111001（[2:1]置为0）
  • 取反：a ^= 00010000（[4:4]取反）

配置部件的思路

  • 初始化：与Init、Config相关
  • 用结构体进行初始化的过程：先用StructInit将结构体赋默认值，然后将需要用的成员进行修改
  • 运行：与get/read、set/Generate/write、clear/reset相关
  • 注意事项
  • 对于会产生数据覆盖的场景：需要使用轮询机制/中断机制(手动中断、睡眠等)
  • 对于会产生死循环的场景：在循环中加入timeout倒计时，或者使用中断

1. 配置NVIC

  • 注：NVIC无需挂载到RCC树上
  • 初始化NVIC：优先级分组设置、写中断函数等 + 中断系统初始化
  • 运行NVIC：改变中断优先级、读写某个通道的中断位/中断挂起位

2. 配置EXTI

  • 注：EXTI无需挂载到RCC树上

  • 初始化EXTI：外部中断系统初始化

  • 运行EXTI：读写外部中断位(IT)/外部事件位(FLAG)

2. 配置GPIO

  • 注：将GPIO和AFIO看作GPIO系统中的两个模块，未用到AFIO时可以忽略AFIO

  • 总线时钟配置（将GPIO和AFIO挂载到RCC树）

  • 初始化GPIO：AFIO功能复用配置等 + 输入输出初始化
  • 配置EXTI（可选）
  • 配置NVIC（可选）
  • 运行GPIO：读写DR

3. 配置TIM

  • 总线时钟配置（将TIM挂载到RCC树）、计数时钟配置
  • 初始化TIM：模式配置等 + OC、IC、时基单元初始化
  • 配置NVIC（可选）
  • 运行TIM：运行控制、读写ARR和CCR、读写时钟中断位(IT)/时钟事件位(FLAG)

4. 配置DMA

  • 总线时钟配置（将DMA挂载到RCC树）
  • 初始化DMA：通道中断配置等 + DMA初始化
  • 配置NVIC（可选）
  • 运行DMA：运行控制、读写CNT、读写DMA中断位(IT)/DMA事件位(FLAG)

5. 配置USART

  • 总线时钟配置（将USART挂载到RCC树）
  • 初始化USART：USART传输模式配置等 + USART初始化
  • 配置NVIC（可选）
  • 配置GPIO（可选）
  • 运行USART：运行控制、读写DR、读写USART中断位(IT)/USART事件位(FLAG)

6. 配置硬件I2C

  • 总线时钟配置（将I2C挂载到RCC树）
  • 初始化I2C：I2C应答配置、校验配置等 + I2C初始化
  • 配置GPIO（可选）
  • 运行I2C：运行控制、读写ACK、读写DR、读写I2C中断位(IT)/I2C事件位(FLAG)

7. 配置硬件SPI

  • 总线时钟配置（将SPI挂载到RCC树）

8. 配置BKP

  • 总线时钟配置（将PWR和BKP挂载到RCC树）
  • 初始化BKP：侵入检测配置等 + BKP初始化（即在PWR处对BKP进行使能）
  • 运行BKP：运行控制、读写RTCR、读写BKPR、读写BKP中断位(IT)/BKP事件位(FLAG)

9. 配置RTC

  • 总线时钟配置（将PWR和BKP挂载到RCC树）、计数时钟配置
  • 初始化RTC：计数配置等 + RTC初始化（即在PWR处对BKP进行使能）
  • 运行RTC：读写CNT、读写ALARM、读写分频寄存器、等待同步操作、读写RTC中断位(IT)/RTC事件位(FLAG)
看门狗 ARM内核概论