本文将提到以下内容：

: P# E, C0 R! x
位带操作
. ~; K0 n0 o! d中断
" h7 j2 h) j1 E0 b5 V% Vprintf重定向
  c4 M2 F. y$ @' V7 `' U( d随机数发生器RNG
5 V+ ]4 l. h, o" t& L& h/ L* v- cAD/DA
- J1 U. w7 [/ j1 DDMA
8 ?3 L# J, H2 X0 ]高性能计算能力
加密
- Q! _. Z+ D/ f  ?8 c6 O3 pART加速
" w: K) f- T% e) F0 Y$ [8 |
% \' e* N5 P2 i7 {$ Q# K1 l
; D* E6 c% _' t
8 y- t4 e: P" T# |. ~一、位带操作
" z* h" ?- C2 h+ }% t8 t　　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。


- S, A" z0 @$ k" H3 M* j　　支持位带操作的两个内存区的范围是：
+ |2 i& j2 Q7 l; r  g              0x2000_0000‐0x200F_FFFF（SRAM 区中的最低 1MB）
- Z2 g2 p- t" N# Y( O1 g3 D0 \/ o              0x4000_0000‐0x400F_FFFF（片上外设区中的最低 1MB）


      位带别名区地址=（A&0xF0000000）+0x2000000+(A&0xFFFFF)<<5+(n≤2)
! P+ J: `5 c; Q: J

　　其中A为位带区地址，n为该字节的第几位。
: z5 t- ^* a% O. C! m) z
' |& c  y" C7 _) ?( |
* m6 C/ w# V# Y1 ?! q3 }       这里再不嫌啰嗦地举一个例子：
) I) }/ n2 a; M/ O' v7 e1 q! T       1. 在地址 0x20000000 处写入 0x3355AACC
$ ]# a/ i0 @$ t       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。
       4. 现在再读取 0x20000000，将返回 0x3355AAC8（bit[2]已清零）。
$ t. r* E- L+ u! I. E: d
* q$ n: w$ Z7 i
7 G" T* w/ @. o　　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。
3 T2 R1 i' F3 y6 p! D- O/ ~  \6 N! z
! T7 V# g" |- c, e5 {* {7 F; l
* B+ P: D5 p6 [. L6 d- e二、中断


　　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。

& \" [/ N$ E/ W
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）。


　　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。

' \) H3 a8 _4 E% A4 a  ?
　　注：中断和事件的区别：
) Y  y2 i/ b1 Q$ v) {

　　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。
8 l/ O% }9 H! a0 P' j3 u7 R
, u! b7 V) ~' b" b  w( c/ F* P
9 k4 S- L6 W. \0 w* f: Q$ v" l
- B, _& W' P- A2 m* M
$ R( |* N. y. ], P三、printf重定向


4 I# d7 b6 W) Y) y1 f* U* H. i　　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。
3 b$ ~9 N! C+ x1 ~9 L7 L

. \- M5 \% q( ?5 @四、随机数发生器RNG
+ S. V$ U5 j. N5 S' C% s
4 O# A3 U: K8 j( J6 y
" e2 U4 ^8 y! m5 Z* d& Z- b0 S/ `　　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。
9 T& T! k3 u. m& v( \& J3 ~
& ^8 W' U1 S# p- u7 h) {, L8 H五、AD/DA

/ G$ O& z& S; g( ~# C
　　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
  L' m' {1 Q+ W4 @( _2 H

      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 _; n! C0 t& c' e# @
4 E' m5 J* e* O' X) w
+ V7 Z  H% R- ], i6 N5 _$ Y& E/ ?           STM32F103系列：在56MHz时转换时间为：1μs


) `( V9 r7 w6 N+ X                                         在72MHz时转换时间为：1.17μs

7 P5 p4 F0 p0 j
      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））
4 I0 z! K( X$ f8 h

      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）
' h- e' N3 f& Z- q1 ?9 Z
2 R2 X5 S; U  }: w
) q' e: S- X& p$ M9 i      4、ADC输入范围：VREF-≤ VIN ≤VREF+ (VREF+和VREF-只有LQFP100封装才有)
* D# ?0 ~+ o4 V6 n/ p

      5、双重模式(带2个ADC的设备): 8种转换模式
6 P* q" d: p: V" J  M1 i
2 M7 Z" f1 Q- z. t! S: M; L
  d  q4 S& \6 b! M" u      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。
: S3 k$ W5 Y6 A. C# D
1 ?! v  i* B5 m! R6 ]
　　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）
' y& N  _' j( ?, M2 [8 x初始化ADC（分辨率、转换模式（单次、连续）、数据对齐方式等）
; n& Q0 k. X" l) `( K- D开启ADC
% S. V0 Q( G- l+ B; N& I读取ADC转换值
) j5 l: X. j0 }, V/ j
4 ~; J$ Y8 L$ z- F9 J9 B( L2 U　　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。
, b4 `- @2 ~4 S5 L: X
, D. v0 Y4 y: t  o+ f
　　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。


　　我们来看看STM32之DAC的Resume(简历简介)：

* L. J3 W% c7 U% @/ {6 M5 y$ ^
7 a, H' g* F1 j8 I' |6 K. \   ● 2个DAC转换器：每个转换器对应1个输出通道
( \9 Y9 a$ R% E7 e: V+ o

   ● 8位或者12位单调输出
# p2 `' U% d) Z

9 R; B; G0 `  x" p3 _4 F5 b- c' [, ]   ● 12位模式下数据左对齐或者右对齐
; \7 {! y; M' g0 J7 @

   ● 同步更新功能
, H( f9 r, |3 q& g) u

0 y9 P0 @2 a5 u   ● 噪声波形生成
( s7 N5 z- ^; L7 c
( w3 j: ?$ W5 m+ c$ Z
   ● 三角波形生成

0 V! Q3 c" m6 v2 R3 z2 e/ R
/ Q; O7 o0 m) U3 n, c   ● 双DAC通道同时或者分别转换


3 L5 ]) t) W" E+ v! D$ n2 g/ g   ● 每个通道都有DMA功能
4 K$ T4 D2 n  q
; h; V, r4 O. R
   ● 外部触发转换


9 M. ~: m- y6 p( h% ]' K   ● 输入参考电压VREF+   

: k2 P+ L/ W  U: `3 T
- B/ [4 E- l# m# @) Z4 b8 O2 J1 i0 s9 e5 B　　注：PWM+RC滤波可以模拟DAC的输出方式。

- `1 m6 q. J' f, q
3 `9 |8 D1 k2 L* ]　　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：
0 p. M0 ~; l( F
4 n, _0 h5 P" G; l
; e- a+ L5 K7 p        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。


& B  I: K4 Q* J6 p" P+ ?% ?9 i4 f1、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。
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。
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。
; A9 H; Q, y7 U6 q8 _# L' A, F
7 J# ^5 ^" s5 ~* F. E" \2 b
) f. z  Q# d  o. R2 G　　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。



六、DMA　

) w) k" s8 o7 }" A* `6 W, F1 _0 P
( C8 c( a: z' U8 }( g　　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。


& U2 m& O' c. B2 U: P  O* {: f       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。


      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）。

/ D- G- L) E5 @4 a+ R! I七、高性能计算能力

4 y. T  V  @3 \% p* i8 j- X% s! l- p% l
( m5 D9 |6 P$ D2 B' }. g　　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。
/ t5 g0 Z4 W, [+ Y5 ~
' ~4 `3 r2 n! \$ T2 B$ c/ }9 a　　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。


, {1 `. r8 U! k8 [　　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。


) w1 ~0 W0 b  G+ W% v) x3 n, }
( H& m1 r9 b5 M* w, t八、加密
3 |0 l# s0 E: j) F- U5 ^# b
" m" V1 a0 `& }' G3 m+ |* w4 ~" F
　　采用加密处理器CRYP，下面是CRYP的结构框图。
7 {: b/ N3 r8 F5 C

　　加密算法有AES加解密算法、DES/TDES加解密算法等


九、ART加速

$ k$ Q- Y) ]$ }/ B- @# t
# p9 D/ A. D  p　　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）。

* b% W0 u0 N& f- A8 D
% Y- |" [  y* w* H& p- ]; \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。

( f# q: n$ k2 q/ j7 I0 t

转载自：angengguo7895
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