梳理STM32单片机的内部总线
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2023-07-19 18:06
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STM32 单片机内部有很多总线，各个总线负责的功能不同。
今天，我们以 STM32 单片机为例，梳理一下 ARM Cortex-M3 架构 MCU 的总线内容。
聊一聊：
在介绍各个总线之前，先看一下系统框图（STM32F1xxx 类型单片机）：
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Cortex-M3 处理器总线接口是基于 AHB-Lite 和 APB 协议的。STM32 单片机内部有以下几种总线接口：
接下来，分别进行讲解。
指令总线。I-Code 总线是一条基于 AHB-Lite 总线协议的 32 位总线。该总线将 Cortex™-M3 内核的指令总线与闪存指令接口相连接。指令预取在此总线上完成。负责在存储器地址 0x0000_0000 – 0x1FFF_FFFF 之 间的取指操作。取指以字的长度执行，即使是对于 16 位指令也如此。因此 CPU 内核可以一次取出两条 16 位 Thumb 指令。数据总线。是一条基于 AHB-Lite 总线协议的 32 位总线。该总线将 Cortex™-M3 内核的 DCode 总线与闪存存储器的数据接口相连接，加载数据常量和调试访问。负责在存储器地址 0x0000_0000 – 0x1FFF_FFFF 之间的数据访问操作 。连接到 D-Code 总线上的任何设备都只需支持 AHB-Lite 的对齐访问，不支持非对齐访问。此总线连接Cortex™-M3内核的系统总线（外设总线）到总线矩阵，总线矩阵协调着内核和 DMA 间的访问。负责在 0x2000_0000 – 0xDFFF_FFFF 和 0xE010_0000 – 0xFFFF_FFFF 之间的所有数据传送，取指和数据访问都算上。和 D-Code 总线一样，所有的数据传送都是对齐。 此总线将 DMA 的 AHB 主控接口与总线矩阵相联，总线矩阵协调着 CPU 的 DCode 和 DMA到 SRAM、闪存和外设的访问。总线矩阵协调内核系统总线和 DMA 主控总线之间的访问仲裁，仲裁利用轮换算法。总线矩阵包含 4 个驱动部件（CPU的 DCode、系统总线、 DMA1 总线和 DMA2 总线)和 4 个被动部件（闪存存储器接口(FLITF)、 SRAM、 FSMC 和 AHB2APB 桥）。AHB 外设通过总线矩阵与系统总线相连，允许DMA访问。两个 AHB/APB 桥在 AHB 和 2 个 APB 总线间提供同步连接。APB1 操作速度限于 36MHz， APB2 操作于全速（最高 72MHz）。当对 APB 寄存器进行 8 位或者 16 位访问时，该访问会被自动转换成 32 位的访问：桥会自动将 8 位或者 32 位的数据扩展以配合 32 位的向量。接下来，说一说从 Flash 中读取指令和数据的流程。闪存的指令和数据访问是通过 AHB 总线完成的。预取模块是用于通过 ICode 总线读取指令的。仲裁是作用在闪存接口，并且 DCode 总线上的数据访问优先。预取缓冲区有 2 个，每个缓冲区大小位 64 位。在每一次复位以后被自动打开，由于每个缓冲区的大小（64 位）与闪存的带宽相同，因此只通过需一次读闪存的操作即可更新整个缓冲区的内容。由于预取缓冲区的存在， CPU 可以工作在更高的主频。CPU 每次取指最多为 32 位的字，取一条指令时，下一条指令已经在缓冲区中等待。这样提高了 CPU 获取指令的效率和执行指令的速度。也就是说，对于 STM32 单片机，会读取 Flash 中的指令到缓存，而不是直接在 Flash 中执行。
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