【STM32F7 入门系列】结构体系初探（一）

zhengcw

STM32F7系列MCU结构体系初探（一）

        近来有了一点时间，准备研究学习一下STM32F7系列单片机。之前也用过ST公司F1、F4系列的其它产品，在国内来看ST的单片机比较流行的，但新品价格略感人。接下来我将在此记录学习过程与大家一起分享。QQ群交流可能方便快捷，但作为技术积累，希望大家多多在论坛发言。作为新产品，手上暂无开发板，只能通过官网E文资料学习。有理解错误的地方，大家帮忙指出。第一篇先对该MCU结构体系进行简单介绍，不做深入探究。后续对各个功能的具体实现有专门的教程贴。

        第二篇入口：【STM32F7 入门系列】结构体系初探（二）

官方资料入口：http://www.st.com/web/en/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1858

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一、与Cortex-M7内核相关简述

--Cortex-M7 32-Bit

--最大支持频率为216MHz

--单浮点精度运算单元FPU

--支持DSP全指令集

--内存保护单元MPU

--兼容Cortex-M4指令集

--6/7级超标量流水线，可进行分支预测

        该内核含有一个L1-cache，分为数据缓存D-cache和指令缓存I-cache，各4K大小。允许哈佛结构从而提高了一定的性能。某些外设扩展的存储器也是可以通过L1-cache来进行数据的读取和指令的执行，如QSPI Flash。想起来官方的一段介绍：无论是从嵌入式闪存还是外部存储器来执行代码：216 MHz 处理器频率下性能达到 1082 CoreMark /462 DMIPS。

        在默认情况下，L1是关闭的。ARM CMSIS库提供两个函数来分别使能I/D cache：

        SCB_EnableICache() 

        SCB_EnableDCache() 

        有些就不多说了，展开内容太多。哈哈，估计有些人会吐槽主频、90nm工艺、单精度浮点什么的。其实作为学习来讲，I don\'t care。毕竟离正式应用还有一段时间，也许有到时有新产品。有兴趣的去看ARM的手册吧：“ARMv7-M architecture reference manual”。

二、内核总线结构
         

        Cortex-M7总共有5个内核总线接口，如下图中的彩色线：

AXIM   -- Advanced eXtensible Interface Master
ITCM    --Instruction TCM （TCM = Tightly-Coupled Memory） 
DTCM  --Data TCM

AHBS   -- AHB Slave （AHB = Advanced High-performance Bus）

AHBP   --AHB Peripheral

        我们逐个来看各个总线接口。

        AXIM：（屎黄色的那个短线）

        该总线为64-bit，它可以获取更多的指令或读取更多的数据。该总线连接core（L1-cache）与AXI to Multi-AHB桥。

        AHB桥共有4个接口：

                1*64-bit AHB 连接内部Flash

                3*32-bit AHB 连接bus matrix（总线矩阵）
        通过上图我们可以看出，AXIM通过AXI to AHB桥连接的总线矩阵，而总线矩阵连接着各种主控、被控总线与外围设备：内嵌的Flash、SRAM，FMC接口、QSPI接口等。需要注意的是，如果使用cache，那么除了TCM、AHPB总线外，其余的都应通过相应的缓存控制器来配置管理的。并且也并不是所有存储区块都是可缓存的。只有类型为Nomal、Non-Shared的存储区块才能被缓存。对于不可缓存的区块可以使用MPU来修改其属性，详见MPU_RASR 寄存器部分。下图给出复位时各个存储区块的类型：

        TCM：

        紧密耦合内存总线。TCM支持哈佛结构，分为ITCM和DTCM。其中ITCM为64-bit，DTCM又可分为两路32-bit：D0TCM、D1TCM。由第一幅图所示：DTCM总线连接片内64K的DTCM-RAM；ITCM连接片内16K的ITCM-RAM和片内Flash。

        TCM总线与core连接紧密，可用于时间关键的数据指令的处理。我们也可以发现ITCM是独立于其它总线的，即不会有总线竞争问题，它仅能被core访问。

        AHBS:

        对于该总线（32-bit）来讲，ARM Cortex-M7中同时连接DTCM、ITCM。但是从图中我们发现，ST的F7系列仅接入DTCM。所有想通过DMA方式读取ITCM、DTCM接口的数据都必须通过AHBS，所以对于STM32F7系列来讲，DTCM-RAM可以通过DMA访问，而ITCM-RAM则不行。AHBS可以在core睡眠时使用，所以也就意味着低功耗模式下可以使用相应的DMA功能。

        AHBP：

        32-bit，专门用来连接core与外设的。该总线仅用作数据访问，不支持指令的获取。AHBP直接连接core与总线矩阵，主要连接AHB1、AHB2、APB1、APB2的片内外设。

三、STM32F7的总线矩阵

        从第一幅图我们可以看到，8层、32-bit的总线矩阵用于core、主控、被控总线相互连接。内核总线、主控总线和被控总线间的某些并发访问是允许的。甚至当几个高速外设工作时也能高效运行。总线矩阵可以以cpu同样的频率216Mhz运行。由内部仲裁管理冲突和主控总线并发问题，使用的是round-robin算法。

        通过总线矩阵进行相互连接的有：

        （下边这段中文是新添加的，因为有的论坛朋友反应原来的有乱码。原来的在下方依旧保留，还不行的话大家可以换浏览器试一下）

12个主控总线/设备（第一幅图有标注12 master bus，即从矩阵上方接入的总线）：

- 3个32-bit的AHB总线：与AXI to AHB桥相连

- 1个64-bit的AHB总线：连接片内Flash与AXI to AHB桥（虽然从图上看上去，并没经过矩阵）

- AHBP 外设总线

- DMA1 到内存的总线

- DMA2 到内存的总线

- DMA2 到外设的总线

- Ethernet DMA bus 以太网DMA总线

- USB OTG HS DMA bus 高速USB OTG DMA总线

- LCD-TFT 控制器DMA总线

- Chrom-Art（DMA2D）图形加速器总线

8个被控总线/设备 （见第一幅图中连接矩阵右边的部分总线/外设）

- 片内Flash

- AHBS总线

- SRAM1

- SRAM2

- 连接AHB1的外设（包括AHP to AHB桥，连接APB1、APB2的外设）

- 连接AHB2的外设

- FMC

- Quad SPI

        （下边是原内容，如有乱码请切换浏览器试试。本人用chrome+safari显示是正常的）

12个主控总线/设备

–  Three 32-bit AHB buses that outcome from the AXI to AHB bridge

–  One 64-bit AHB bus connected to the embedded Flash memory that outcomes from the AXI to AHB bridge

–  Cortex®-M7 AHB peripherals bus

–  DMA1 memory bus

–  DMA2 memory bus

–  DMA2 peripheral bus

–  Ethernet DMA bus

–  USB OTG HS DMA bus

–  LCD-TFT controller DMA-bus

–  Chrom-Art AcceleratorTM (DMA2D) memory bus

8个被控总线/设备

–  The embedded Flash memory on AHB bus (for Flash read/write access, for thecode execution and data access)

–  Cortex®-M7 AHBS slave interface for DMAs data transfer on DTCM-RAM only

–  Main internal SRAM1 (240 Kbytes)

–  Auxiliary internal SRAM2 (16 Kbytes)

–  AHB1 peripherals including AHB to APB bridges, APB1 and APB2 peripherals

–  AHB2 peripherals

–  FMC memory interface

–  Quad SPI memory interface 

四、DMAs

        DMA相信大家都不陌生，DMA即 Direct Memory Access。可以在无需任何 CPU 操作的情况下进行内存间、内存与外设间的高速数据传输。

        相信许多参加过飞思卡尔智能车摄像头组的同学都用过，当场信号触发中断时开启DMA，设置、清理一些标志位，行中断时使能DMA读取图像数据到内存。由于在采集视频信息时，CPU很少参与，这样就大大解放了CPU。同时可利用这段时间可以处理其它数据。要是前几届freescale还没有Kinetis单片机时，都用16位的MC9S128不支持DMA，只能结合摄像头场、行信号通过for循环或顺序读IO代码去采集摄像头信号，此时CPU被“采集数据”这件事给独占了，效率太低。
        我们回过头来接着看STM32F7的DMA。它基于总线矩阵，结合了双AHB总线结构与独立FIFO，充分利用了系统带宽。并可以在低功耗模式下运行。每个DMA有8个数据流，每个数据流都有8个通道。

        从本帖第一个框图我们也可以清楚的看到，STM32F7除了2个通用DMA（GP DMA）还有其它专用DMA：以太网、USB OTG、LCD-TFT、Chrom-ART（DMA2D）。所有的DMA都支持对以下存储区域的访问：片内Flash、SRAM1、SRAM2、DTCM-RAM（通过AHBS）。同时所有的DMA通过FMC、QSPI总线对外部扩展存数设备提供接口。（ITCM-RAM不支持DMA：见本帖AHBS部分）
        由于本贴仅对STM32F7结构体系学习与介绍，针对强大的DMA这里不做详细说明，后续会有专门教程贴。

存储设备等学习记录将会在后续的帖子中分享。    

浩瀚天地

感谢楼主分享，赞一个~

czdo2008

谢谢支持，我会继续发帖与大家一起学习。

二水ershui

楼主，那是俄语吗？？
看中文都有点吃力，你还让我们看。。。。

boentaz

看翻译

cqhoufuqiang

好厉害。。。。

autumn_stone

换个浏览器就OK了

啊左不是蜗牛

。。。我的浏览器显示的都是英文：safari和chrome,这段没有翻译，因为这些主从控上边有介绍。我不清楚怎么回事，一开始也是编辑好帖子，然后预览好后发帖。结果完全跟预览不一样，很多效果都变了。我又修改了几次。

baiyin01

顶起了！！！给力！

wjx943

顶起了！！！给力！