本文将提到以下内容：

+ g8 H" E% g: _  N" K, D) R
6 D4 F0 e. q4 F7 b9 R+ ?8 A4 E- Y位带操作
7 M, Z* F* D$ }/ |中断
printf重定向
' p! t0 K! n5 M7 w随机数发生器RNG
6 G* P# b7 [, d! L. D% j: E7 GAD/DA
DMA
7 P+ x$ j: n+ U  P7 x8 c8 C高性能计算能力
2 ?1 R6 z5 l" K: g" y, u; i加密
. ^- _& F6 m) SART加速



% }* H, P( o& o. S4 P+ H0 z: W- H/ T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。

9 W) x% x  |9 u1 s, M- C! [
　　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）
/ c3 g- r( {( Y; e+ Q9 n

( ^: e  N- x! R. j: F% i      位带别名区地址=（A&0xF0000000）+0x2000000+(A&0xFFFFF)<<5+(n≤2)


9 ~, `+ |6 j# r4 U6 @　　其中A为位带区地址，n为该字节的第几位。
4 N$ z0 W; ?7 y$ C, E( E7 `( V$ j

       这里再不嫌啰嗦地举一个例子：
7 _. \; \2 M8 Z4 D- x       1. 在地址 0x20000000 处写入 0x3355AACC
' z% M# R9 O/ ]/ I       2. 读取地址0x22000008。本次读访问将读取 0x20000000，并提取比特 2，值为 1。
1 n8 Z! ]! `# t& y       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。
) J8 E) \4 v$ @* X8 o& c       4. 现在再读取 0x20000000，将返回 0x3355AAC8（bit[2]已清零）。
) u% F: D! W0 r. h

　　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。

% J0 t& a- a' k, y8 L) f' f2 g+ h
% M* W- C  R2 {& J/ d! K# |4 {二、中断

3 ]  X) e# E3 f7 @/ P/ J- P7 H
3 \! F5 q6 a; p' o$ X5 N- y. H4 d　　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。


9 L6 P8 x7 E" B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）。
& y1 U9 F  f/ r0 F- @! J! t

( g5 t2 J- t& Q( x+ v　　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。
9 A3 W( e+ z1 Q8 D7 M) X: j) U, [

! o2 [+ e' W- n3 ]( A7 X; M　　注：中断和事件的区别：


　　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。




# D! K+ H+ q# g三、printf重定向


' R4 [  k( p( y$ Z/ o$ w1 }　　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。


6 h4 M+ N9 \4 M* A" l3 O: m/ F四、随机数发生器RNG
( G& u, ]+ V  u

　　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。
& a5 t# z' T$ ^2 F
五、AD/DA


9 `- b- {- V4 u; t. c, k　　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


      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）

$ |1 \) u4 f" M
$ ]% Z( p4 ]  b! d6 \           STM32F103系列：在56MHz时转换时间为：1μs
4 b! B) J% ~9 o" E9 ?; n  F3 T) M* X
: R  c! t4 j& h3 a% O; D% f
                                         在72MHz时转换时间为：1.17μs
' ?/ F- m6 ~) N! A4 @0 O
1 p- g; V4 n4 Y5 _
, h% T  V, c3 o- i7 Q      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））

% V3 `4 |7 u% l
      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）
5 e& B% u' V3 f  e& @
5 ~  |. Z  V& ^( K: s+ y# b# l
      4、ADC输入范围：VREF-≤ VIN ≤VREF+ (VREF+和VREF-只有LQFP100封装才有)


$ c2 k% ^& u6 w$ T% R9 J      5、双重模式(带2个ADC的设备): 8种转换模式


+ i* l/ W$ s9 O. a- ?0 y      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。
5 W( {0 Y, Z/ N8 s% M& @5 B

! Y( M8 y) L% A% ^) N5 W& X　　其转换步骤如下：
4 d. I& y/ I  t- E2 O+ X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）
, N$ q. c# ^$ X) j; R& E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

6 ?) h6 S4 L0 R* T　　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。


; ^% {7 }& f; I+ a　　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。

" w8 w9 l- |7 K2 o( f
, Z9 l8 z, ~$ h: m) y& z　　我们来看看STM32之DAC的Resume(简历简介)：
* w/ ]% Q8 i+ s8 B9 [

% }( @+ W" o0 M* \  D3 b( G/ C, E   ● 2个DAC转换器：每个转换器对应1个输出通道


* s0 N' O4 z1 z) l1 M, Z   ● 8位或者12位单调输出
4 b* w, [( [0 j7 ?

   ● 12位模式下数据左对齐或者右对齐

2 U3 }  C* ~0 [& p9 K, L
7 j9 j2 ?# v3 }0 w5 D! l3 P; ]4 A   ● 同步更新功能

; F4 W6 P4 C, U7 E: m' V
   ● 噪声波形生成
+ t" G5 }/ F- _$ P- D( O
) ~. r& f: \* Z, D8 u
   ● 三角波形生成
( d2 M3 E' n8 F2 T

   ● 双DAC通道同时或者分别转换
; Y0 O. Q$ D+ p

# `5 T2 K' A- b   ● 每个通道都有DMA功能

0 P  J& E) I/ h$ F0 b3 g  u% R
2 [1 s# [, m& X5 b; S, F   ● 外部触发转换
3 ~: f- G/ R. H+ }" ^
- x( l7 o9 u5 o# ?" ?3 ]
   ● 输入参考电压VREF+   


　　注：PWM+RC滤波可以模拟DAC的输出方式。
: R* e5 I" H8 c" G% u

! V7 k+ u; c& [( Z& s3 A) y, h- \　　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：


3 D; L! W" F0 e* ^0 @0 i+ @        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。

# S' N0 [& f/ e6 q
1、PWM频率为328.125Khz，那么一次谐波频率就是328.125Khz；
2、1阶RC滤波，幅频特性为：-10lg[1+(f/fp)^2]；fp为截止频率。
% ~% x, H, C$ T" K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。
+ E& L& ?. f  r; J/ ~3、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。
$ G& t, u% X; u1 |( E, N$ f
* B" r- f( o+ Y, M
" f7 k$ s: j: @& _& I0 n* E8 j( u' A　　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。
& {2 K9 G" V( d7 ]  h

: w" u2 O3 Q6 L! B
( H( l: L6 z) C8 l9 T0 U六、DMA　
& X9 q' g" I/ ?
. N( r7 b! U' }# \9 u( o& ~$ x
" J) B2 y2 w7 q, n　　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。
% o5 F6 l3 [& h1 b( }0 a( B8 Q0 ?/ W
" I9 E& D/ S: l! N4 Z$ b) c
3 K/ L8 E/ ?: t  ^6 K$ K( p       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。

8 A5 k; Z) G( O% ~: N& X& [# ]/ i9 S; r
      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）。
( [0 N! Z  t6 l3 i$ F
七、高性能计算能力
  L$ Z1 u3 [8 v3 q- }
# N" T. T( @+ m# Z
. n- P5 J7 I1 f1 i4 Z! K　　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。
& ?8 E* m7 Z' ?( t
　　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。
4 L! V% o$ N4 c, R- d2 F( H6 ?

5 p4 B' m2 v# t/ ?# W  k! q　　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。
9 A2 X% \; Z$ z; D+ S7 o5 v7 H


) B% a/ ~% y, y/ V/ f八、加密
& }2 V0 X; W, T0 L" x( V
9 o# E# ~9 w0 _% }( U. _% G9 _" H
; N1 J" @3 t5 A# E! ]- ?　　采用加密处理器CRYP，下面是CRYP的结构框图。
- i$ I# y) _& n+ K( Z$ k" U8 U
  [" r+ r+ u& J% _
　　加密算法有AES加解密算法、DES/TDES加解密算法等

) d. I8 a0 }9 s
- g# f5 v$ ^+ C# k+ s九、ART加速
4 d% l& i# ]1 M- q' Q5 x+ X; h3 A- Q

- w3 u& G9 k0 B4 c3 e　　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）。
% I# o  W6 B+ W( g8 Z8 k6 W

1 I3 @6 P8 H* M1 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。

# F0 V9 V- P: z+ [1 u# @: x  {
% }- _3 N. A  B/ i6 Y
! x. s5 c5 s1 m7 N4 L0 Q' Z' g转载自：angengguo7895

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