本文将提到以下内容：
+ {  P8 S- V6 A+ S3 g

9 d, S0 B2 N; Q2 x) J位带操作
中断
printf重定向
8 e& K2 L" L! f& o$ `随机数发生器RNG
2 K+ E7 P1 c9 y) X2 ]3 SAD/DA
DMA
% c  p* P- S( i. A7 ~/ g' w高性能计算能力
1 C7 E  S* q  L9 k8 n' n加密
! X- o" l: ?. t& z- i/ fART加速
( m0 i( C* h& R. V6 L


一、位带操作
　　在学习51单片机的时候就使用过位操作，通过关键字sbit对单片机IO口进行位定义。但是stm32没有这样的关键字，而是通过访问位带别名区来实现，即将每个比特位膨胀成一个32位字，通过位带别名区指针指向位带区内容。


　　支持位带操作的两个内存区的范围是：
              0x2000_0000‐0x200F_FFFF（SRAM 区中的最低 1MB）
              0x4000_0000‐0x400F_FFFF（片上外设区中的最低 1MB）
+ m0 g7 s# I# _, L6 n: _" ^5 d
5 O/ L, K% i4 o7 `. `
      位带别名区地址=（A&0xF0000000）+0x2000000+(A&0xFFFFF)<<5+(n≤2)
! @' A+ o$ e9 ?8 c; X* T' w6 s; W
* q- t9 V$ ?6 b8 T
　　其中A为位带区地址，n为该字节的第几位。

3 H1 X7 Y* K/ p5 R4 _% j
       这里再不嫌啰嗦地举一个例子：
7 r1 |" V1 i& x; p5 d' Y$ s       1. 在地址 0x20000000 处写入 0x3355AACC
- ?- M6 s5 x8 F/ a       2. 读取地址0x22000008。本次读访问将读取 0x20000000，并提取比特 2，值为 1。
       3. 往地址 0x22000008 处写 0。本次操作将被映射成对地址 0x20000000 的“读－改－写”操作（原子的），把比特2 清 0。
" C, ~+ C2 H7 ^: G       4. 现在再读取 0x20000000，将返回 0x3355AAC8（bit[2]已清零）。

/ _' {2 e* |! n4 O7 }. l: ?
　　注：如果用到位带操作，可以把各个引脚进行位带宏定义，封装在一个头文件里，方便使用引脚。
5 v; K1 [8 F# I5 W) ^1 f  U: S

# {. l) f3 y3 R* [/ L二、中断


3 G3 o# e! @9 K　　中断其实就是当CPU执行程序时，由于发生了某种随机的事件（外部或内部），引起CPU暂时中断正在运行的程序，转去执行一段特殊的服务程序（中段子程序）。下面是中断的示意图。
' l0 n7 C/ M8 ^

- |1 R$ o& m; A部分中断可屏蔽，部分中断不可屏蔽，每个中断通道都具备自己的中断优先级控制字，分别控制抢占优先级和响应优先级。只有当抢占优先级相同时，响应优先级高低决定哪个中断被处理（响应式优先级的高低没法中断正在执行的中断程序）。

" D7 x0 b. |! m/ {) Z
　　stm32中的NVIC（嵌套向量中断控制器）属于内核的一个外设，控制着芯片的中断相关功能。


　　注：中断和事件的区别：


9 a, m! |: h. S$ j　　可以这样简单的认为，事件机制提供了一个完全有硬件自动完成的触发到产生结果的通道，不要软件的参与，降低了CPU的负荷，节省了中断资源，提高了响应速度(硬件总快于软件)，是利用硬件来提升CPU芯片处理事件能力的一个有效方法。

) s+ f( _9 W% z9 J- r- E7 [
9 N, H( B0 j; y! ?1 R$ S

三、printf重定向
3 J" r- H( x! K
* d0 `& i: l) C$ S% ?. h
( ^2 ]. O( i% z& E( `+ M　　我们知道C语言中printf函数默认输出设备是显示器，如果要实现在串口或者LCD上显示，必须重定义标准库函数里调用与输出设备相关的函数。一般是在fputc函数里把输出对象改为指向串口或者LCD，这一过程叫做重定向。
, {; T+ f5 b- A  v
& f+ {6 P# w8 ]- N! c% e
/ _8 k$ B; _: U  y6 a四、随机数发生器RNG


　　STM32F4芯片内部含有一个硬件随机数发生器（RNG），RNG处理器是一个以连续模拟噪声为基础的随机数发生器，提供了一个32位的随机数。使能后，需要检查标志位，判断其是否稳定，稳定后才能使用。
/ j/ p1 B1 _9 }7 d: U8 H
  f, D" W5 d& o* e1 w7 P( k0 H五、AD/DA
7 z1 t/ D8 e1 T' Z+ B: ]4 O% [

# Z, W6 [  V! h2 e+ I+ V　　STM32的ADC模块，请允许我用如此通俗的语言：普通话  来介绍STM32ADC模块的特色

3 _* b, L3 |4 i0 f
8 N3 i. S8 q7 e0 A  E      1、1MHz转换速率、12位转换结果（12位、记住这个12位哈、因为2^12=4096 ，也请记住4096哈）
2 _! ~- G8 P; V9 R- G( i! [3 c) d" G
" p2 T8 g" b1 n
           STM32F103系列：在56MHz时转换时间为：1μs

: ~3 k; d' A/ t  ?7 Z& y* {6 J0 U' r' \
                                         在72MHz时转换时间为：1.17μs

# ^6 l) i2 G2 U$ T" X% M0 H
3 e6 K5 p1 c' }* E  b      2、转换范围：0～3.3V  （3.3v---->当你需要将采集的数据用电压来显示的话：设你采集的数据为：x[0~4095],此时的计算公式就为：(x / 4096) * 3.3））


      3、ADC供电要求：2.4V～3.6 V（可千万别接到 5V 的石榴裙子底下呀）
, v; j. v/ s5 M, o: ^2 m# V$ [9 {

3 q5 t3 T) N- i; f- D$ }      4、ADC输入范围：VREF-≤ VIN ≤VREF+ (VREF+和VREF-只有LQFP100封装才有)

$ a/ T: S7 Q9 o* S* b  p
$ X: V2 k$ R7 B8 F; i& l, [      5、双重模式(带2个ADC的设备): 8种转换模式
, r( }1 c. U3 e) Q9 _# X% m2 ~
- j+ O$ y3 @, ], N
5 l. w3 L- Q& {, N1 ~. r      6、最多有18个通道：16个外部通道，2个内部通道：连接到温度传感器和内部参考电压(VREFINT = 1.2V)。通道可以分为规则通道和注入通道，其中规则通道组最多有16路，是一种规规矩矩的通道，具有DMA功能，而注入通道组最多有4路，转换过程中可以中断，还可以在规则通道转换过程中插队。


: j8 s' r4 W: i- t　　其转换步骤如下：
使能端口时钟和ADC时钟
设置ADC通道控制器CCR（ADC模式（独立、双重、三重）、输入时钟分频等）
4 ?6 F1 Y1 k3 J" j6 F+ S6 O初始化ADC（分辨率、转换模式（单次、连续）、数据对齐方式等）
开启ADC
读取ADC转换值
2 P. P. g6 h! W$ u/ S9 Z) h4 r
3 R  l) n6 n% h3 q　　测交流电信号要把交流电分压到5V 以内，再把负半周提升到零点以上，用运放做一个加法器（有专用交流电检测用的高精度运放，好像是MCP的），把零点抬高到2.5V，这样最低点也大于零，最高点不超过5V ，再用单片机在交流电一周期内采40个点，存入内存，计算出各离散值的均方根就是交流电的有效值。

+ A4 `1 ?) N; [: C3 ]2 Y( {' o: o
　　或者把交流信号经（电压跟随器 +  全波整流 ），将负半周期信号反转到正半轴，得到半波交流信号，再用ADC进行测量。

; A" c9 J/ R8 J
　　我们来看看STM32之DAC的Resume(简历简介)：

4 t" a4 P! d+ Q! n2 N
% w9 U  t  d& S   ● 2个DAC转换器：每个转换器对应1个输出通道
% q7 ]7 S+ Z3 y: K
& M9 u6 ~( U/ Q% ?6 E# o7 i  o
   ● 8位或者12位单调输出
! n+ ^" V5 u! [5 L, Z* p, {
# \. J0 I  E, K8 H5 u
   ● 12位模式下数据左对齐或者右对齐


' }: o( M6 \1 @' J. z   ● 同步更新功能

7 P! _4 H3 \0 ^; _$ p9 ~
) Y: o" ^# o# R% d* k   ● 噪声波形生成

- J( Z! k' `+ A. f& P
8 h! p* k5 q+ u- J  n; m   ● 三角波形生成

3 K  Q% z& b9 Q/ F  U
   ● 双DAC通道同时或者分别转换
$ D+ l- }: p/ p7 w6 O! N
: ~- }: l" j7 X7 M- h% f
   ● 每个通道都有DMA功能
* D# {/ A3 c' R

   ● 外部触发转换


   ● 输入参考电压VREF+   
8 P* w6 A5 I. D  Y1 [2 F' z0 |7 W

4 U$ ^3 ~, @9 ~7 I8 l　　注：PWM+RC滤波可以模拟DAC的输出方式。
  ^; m$ b! L1 E& g& i3 F
% M  Y; s1 X/ Z8 [+ ]8 o
　　在对DAC的输出频率要求不是太高的情况下，我们一般可以采用PWM+二阶RC滤波来模拟DAC，进行输出。PWM的占空比来模拟幅值，二阶RC低通滤波电路用来截止谐波（一般只考虑基波即可），通过直流，具体详情如下：
) s" |! W3 W) h7 z8 O9 ?
- r5 G1 y, J2 w" y8 P
  R  P( ]$ W  ^2 v$ X) o+ F        在8位分辨条件下，我们一般要求1次谐波对输出电压的影响不要超过1个位的精度，也就是3.3/256=0.01289V。假设VH为3.3V，VL为0V，那么一次谐波的最大值是2*3.3/π=2.1V，这就要求我们的RC滤波电路提供至少-20lg(2.1/0.01289)=-44dB的衰减。STM32的定时器最快的计数频率是168Mhz，部分定时器只有84MHz,以84M为例，8为分辨率的时候，PWM频率为84M/256=328.125Khz。如果是1阶RC滤波，则要求截止频率为2.07Khz，如果为2阶RC滤波，则要求截止频率为26.14Khz。

& x% y4 s6 e; O0 V- w' [  V, C
" Y% ~. X' |( M- s8 L6 g% ?1、PWM频率为328.125Khz，那么一次谐波频率就是328.125Khz；
3 q" x8 B" m' u2、1阶RC滤波，幅频特性为：-10lg[1+(f/fp)^2]；fp为截止频率。
+ g' A  X% b; I$ w' v! X所以对一阶滤波来说，要达到-44dB的衰减，必须-10lg[1+(f/fp)^2]=-44； 得到f/fp=158.486，即fp=328.125/158.486=2.07Khz。
$ S) ]& ~/ }& u$ M" e- A7 v% O* Z3、2阶RC滤波，幅频特性为：-20lg[1+(f/fp)^2]；fp为截止频率。
所以对二阶滤波来说，要达到-44dB的衰减，必须-20lg[1+(f/fp)^2]=-44； 得到f/fp=12.549，即fp=328.125/12.549=26.14Khz。
8 ~& k1 j/ n/ Y7 h, H1 R5 R
- F4 E. u5 ^$ |' K4 ?
* f" b! X- H" `5 y5 W　　得到截止频率以后，我们可以紧接着求出R、C的值。如下图所示，R35*C68=R36*C69，fp=1/2πRC。

, T( k- {( J, b+ t# s' X
3 }0 v+ ]9 C4 x+ T  I/ h
六、DMA　
/ ~5 |5 y$ c1 o6 N' F. F& [

3 r3 N4 L' r# i6 o* q　　DMA，全称为：Direct Memory Access，即直接存储器访问。DMA传输方式无需CPU 直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为RAM 与I/O设备开辟一条直接传送数据的通路，能使CPU 的效率大为提高。
2 G& n! i1 Z8 q+ N% E1 z; J
  p0 Z/ E/ V" R7 F- X) m  Q1 R
  @* h/ M% |, x3 k( V       STM32F4中 有两个DMA，每个DMA控制器对应8个数据流，每个数据流又对应8个通道，其映射图如下图所示。DMA挂载的时钟为AHB总线,其时钟为72Mhz，所以可以实现高速数据搬运。
5 x: }0 n. b* A0 _7 _

" D8 v4 }+ L% c' c% z1 u      DMA的结构框图如下图所示，可以看出DMA各数据流需要仲裁优先级，且拥有FIFO先进先出缓存区（解决目标地址和原地址数据宽度不一致的情况）。
$ C, V1 X6 I8 }" Z. J9 O
/ K7 a* j5 q0 G5 H* X+ z七、高性能计算能力
4 T5 m0 C' L( k* t  _
& ?) e! X( y7 L. Y' _  _4 a* b8 D
　　如下图所示，stm32F4自带DSP处理器，我们可以采用DSP库函数进行浮点运算等计算问题。
5 m  W- c! ~2 ?% ~1 y- o* V" h
/ c; z5 ]: M% |2 n  ~　　我们平常所使用的CPU为定点CPU，意思是进行整点数值运算的CPU。当遇到形如1.1+1.1的浮点数运算时，定点CPU就遇到大难题了。对于32位单片机，利用Q化处理能发挥他本身的性能，但是精度和速度仍然不会提高很多。


  C3 N( K8 [4 v) O. X' J( \9 D+ }$ {# }　　现在设计出了一个新的CPU，叫做FPU，这个芯片专门处理浮点数的运算，这样处理器就将整点数和浮点数分开来处理，整点数交由定点CPU处理而浮点数交由FPU处理。我们见到过TI的DSP，还有STM32F4系列的带有DSP功能的微控制器。前者笔者没有用过，不作评论，而后者如果需要用到FPU的浮点运算功能，必须要进行一些必要的设置。
: Z* `( z! F% H( r* z


# r3 A& ^" A; F# z八、加密
$ L- L, u  n! L# U5 r8 [( e0 D' O
& r8 C2 l: w) e+ y* Y6 V! a, Z
* B" q5 h7 @3 F4 ~( }1 [　　采用加密处理器CRYP，下面是CRYP的结构框图。
) s, |( r! ?9 B$ v. A! K
# ^/ j) A* g( V& k8 a
. _; @# B6 {8 J6 e' h　　加密算法有AES加解密算法、DES/TDES加解密算法等
/ \$ t2 X' V9 k% G5 ^, Q1 G  b5 R7 C
+ d; \; ^" A6 j0 R5 _! ^
九、ART加速

$ ]" l3 ?& p, z5 B6 A8 W
, j. P& X, U& R8 D+ _1 x2 B. t) x　　由于生产工艺的限制，当CPU主频显著提高时，Flash的存取速度却只能处于一个较低的水平。
STM32F4有存储器加速器（ART），可以使 CPU 频率高达 168 MHz 时在闪存中以 0 个等待周期执行程序。其秘密在于，STM32内部的Flash我记得是128bit的。这样每次读取时ART会把后面3条指令放到队列里。而Flash等待为5WS的话，每执行4条指令则必须停一次，再继续执行后4条指令。反正是性能跟同频的X86差不多顶个70%的样子（指Dothan处理器，纯逻辑运算）。
- o) z8 \) e2 j+ p* N8 n

3 y7 u8 a. G) t7 L! d超频我最高测过250MHz，还算比较稳定，结果没出错。再高结果就不对了。
6 y6 {  k0 X3 a- V3 u
% X9 B& J3 m1 ?8 H/ |
; W" ]7 I% F# |: O
转载自：angengguo7895
3 Y7 H- `: j- k7 K; ]

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2 H2 a9 A  ]! E2 k0 `  k. S2 s
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