STM32F4 存储器和总线架构

总线矩阵

  上图为stm32f4的总线矩阵，其中主控总线有8条，被控总线有7条，主设备和从设备通过各自的总线两两相交连接，图中两条总线相交且为圆圈的地方，表示这两条总线对应的主设备可以访问从设备，如I总线（指令总线），只有跟 M0、M2和M6这三根被控总线交叉的时候才有圆圈，就表示I总线只能跟这三根被控总线通信，这样就可以知道stm32f4的启动有三种分别是FLASH、内部SRAM、外部存储FSMC。
  总线矩阵用于主控总线之间的访问仲裁管理，仲裁采用循环调度算法。有了总线矩阵，就可以让主设备和从设备进行并行访问，提升了访问效率，同时也降低了功耗。需要注意的是，虽然总线矩阵使得多个主设备可以并行访问不同的从设备，但在一个定义的时间段内，只有一个主设备拥有总线矩阵的控制权，如果有多个主设备同时出现总线请求时就得进行仲裁。所以有了总线仲裁器，就能保证每个时刻只有一个主设备通过总线矩阵对从设备进行访问。
  注意并非所有主设备访问从设备都得经过总线矩阵，如上图中，有些主设备和从设备间有直通通道。

存储器映射

  
  存储器本身不具有地址信息，给存储器分配地址的过程就称为存储器映射，尽管预定义的存储器映射的地址是固定的，但也具有很高的灵活性，允许芯片设计人员使用不同的内存和外设来设计他们的产品，以实现更好的产品差异化。给某个地址再分配一个地址的过程叫存储器重映射，但是Cortex M4芯片没有MMU所以并不支持。如上所示，就是stm32f4xx的部分通过存储器映射的寄存器地址，详见《STM32F4xx中文参考手册》的P52~P54页。

  上图为预定义的存储器映射图，来自 Cortex M3与M4权威指南中的第六章第三节。在4GB的可寻址内存空间中，一些部分被分配给内部外设，如NVIC和调试组件。这些内部外设的地址是固定的。此外，内存空间在结构上被划分为若干内存区域，对应上图：
  Code：只读段，用于保存默认的向量表；
  SRAM：连接SRAM，主要是片内SRAM，但没有确切的内存类型限制。SRAM区域的前1MB是位可寻址的，如果可选位带特性包括在内。还可以从该区域执行程序代码；
  Peripherals：主要用于片内外设。由芯片公司进行定义的一些寄存器地址，如GPIO寄存器地址、USART和I2C的寄存器地址等等；
  RAM：变量存储区，如果开发板从片内的Flash启动，就需要指定RAM，不过一般只要选好了器件型号，keil5就自动选好了;
  Devices：主要是用于给片外的设备分配地址；
  System：内核定义的一些寄存器，包含了：NVIC，MPU， SysTick，SCB，FPU，FPB，DWT等。

GPIO的位带操作

  在预定义的存储器映射图有两个位带区，分别对应了两个位带别名，其实也就是将位带区每个的比特位一个一个按顺序取出来，将其映射成32位4字节的寄存器，这样位带别名的大小应该是位带区的32倍，事实也是这样。

  查看stm32f4xx的芯片手册可以发现GPIO的寄存器地址属于Peripherals的位带区，所以可以进行位带操作，使用位带操作可以大大提高程序的运行速率和提升安全性，操作IO口的性能将达到极致，而不必要去调用GPIO_SetBits、GPIO_ResetBits、GPIO_WriteBit等GPIO操作的库函数，调用函数要进行入栈出栈等操作，会占用时间。

  上图为位带区转换为位带别名区的宏定义代码，以GPIOE端口的第n根引脚为例，进行了输出高低电平的操作，只要预先初始化好了GPIOE端口第n根引脚，就可以使用这个宏定义，让第n根引脚输出高低电平,如：

PEout(13) = 0；//让GPIOE的第13根引脚输出低电平
PEout(13) = 1；//让GPIOE的第13根引脚输出高电平

总结

  1.总线矩阵很重要，不可忽略；
  2.了解了存储器映射便能大概知道内核的结构；
  3.位带操作可以提高速率和提升安全性，能使用就尽量使用，I/O初始化就不必要，因为这样的话代码会很多，直接使用库函数初始化就可以。

相关下载

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