STM32F0单片机快速入门一: ARM架构与STM32F0

  1. ARM架构简单介绍

 市场上成百上千种的 ARM 芯片,如果我们去看它们的内核,却只有不多的几种。

从时间上来看,从1985年设计的 26 位地址总线的 ARMv1, 到 ARMv2, 一直发展到最近支持64位地址总线的 ARMv8。

最近这几年,在每一代 ARMvx 核心的基础上,根据不同的应用场景,又做了扩充或裁剪,形成三大架构:

A(Applications) 高性能,一般需要运行Linux等操作系统。

R(Real-time) 需要实时处理的系统,一般应用与网络处理器,嵌入式控制系统。

M(Microcontroller) 小体积,低功耗,一般应用于嵌入式系统。

ARMv1 – ARMv5 已经成为历史了。我们对最新的 ARMv6 – ARMv8 做一个简要区分:

ARMv8-A

高性能,支持64位指令集,同时兼容以前的32/16位指令集。针对安全应用引入Trustzone。

典型芯片如华为的麒麟系列,Kirin990 内部集成了4颗 Cortex-A76,4颗 Cortex-A55,每一颗频率都可以跑到 2GHz以上。同样高通的骁龙865也是集成8颗 ARMv8-A 架构的内核。

ARMv8-M

针对嵌入式应用,支持32位指令集,兼容以前指令集。引入Trustzone。加解密运算通过硬件加速。

典型芯片如 STM32L552 (Cortex-M33 内核)。主频可以跑到 110 MHz。

ARMv7-A

支持 arm 和 Thumb 指令集,支持虚拟地址存储管理(Virtual Address Support in the Memory Management Unit)。跑 Linux 这类操作系统一般需要 MMU。这种架构主要面向复杂应用。

典型芯片如 STM32MP151 (Cortex-A7 内核) 。主频可以跑到 650 MHz。

ARMv7-R

支持 ARM 和 Thumb 指令集,但不支持虚拟地址管理。

典型芯片如 RM41L232 (Cortex-R4 内核)。主频可以跑到 80 MHz。

ARMv7-M

只支持 Thumb 指令集。简化的流水线,更快的中断响应,针对嵌入式应用。

典型芯片如 STM32F103 (Cortex-M3 内核)。主频可以跑到72MHz。

ARMv6-M

ARMv6-M 是 ARMv7-M 的一个子集。架构做了进一步简化,但是保持和 ARMv7-M 兼容。

典型芯片如 STM32F030 (Cortex-M0 内核)。主频可以跑到48MHz。

ARMv5 及以前版本

早期架构,已不推荐使用。

典型芯片:

ARM926 (ARMv5)

ARM7TDMI (ARMv4)

  1. STM32F030芯片简介

STM32F030 的内核,采用了 ARMv6-M 架构的 Cortex-M0。这个系列提供了从 16K Flash, 4K RAM, TSSOP20 封装,到 256K Flash, 32K RAM, LQFP64封装的多种选择。

同时这颗芯片集成了最常用的 UART,I2C, USART, ADC 等模块。在掌握了它的开发方法后,很容易拓展到其它的芯片。

  1. 开发版

硬件可以选用官方的 NUCLEO-F030R8

如图,这个板子由两部分组成。上半部分是一个集成的下载调试工具 ST-LINK/V2,下半部分板子带一颗 STM32F030R8T6,简单的 32k 晶振,两个按键和一个LED 指示灯。它把所有的引脚都用排针引了出来,可以方便用户扩展电路做评估。

上半部分的调试器部分可以从板子上切割下来单独使用,调试用户做的板子。用户也可以从网上单独购买 ST-LINK/V2调试器。

  1. 集成开发环境(IDE)

对于 STM32F0/L0/G0, 在 ST 的官方网站上可以下载到正版免费的 Keil。

Arm Keil MDK for STM32F0, STM32L0 and STM32G0

这个版本没有时间限制,但是代码有 32K 的限制,对一般应用来说也够了。

  1. 软件代码

ST早期的代码都是基于 Standard Peripheral Library,最近ST的软件逐渐统一于 STMCube。它对软件进行了更科学的分层管理,更易于在不同的平台间移植。可以极大的缩短开发时间。如果是新项目,可以从 STMCube 入手。以前的软件库将逐渐淘汰。

对于STM32F030来说,对应的是 STM32CubeF0,在官网可以直接下载:

在下面的网址可以找到现在所有的ARM内核:

https://www.arm.com/products/silicon-ip-cpu

ST的官方中文站点:

https://www.stmcu.org.cn/

参考资料:

STM32F030RM

ARM®v6-M Architecture Reference Manual

ARM®v7-M Architecture Reference Manual

Arm®v8-M Architecture Reference Manual

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