本文将提到以下内容：
" M% D5 T* F8 ~/ N
& e2 t! S: I! C2 B, {
: A& _$ Y5 ]# t" T位带操作
3 H) x+ s$ v" S! r2 M; w. I3 c中断
printf重定向
随机数发生器RNG
0 H; e6 Z% X$ k/ |) V- a$ VAD/DA
( S$ X. h; J  X2 |' r6 SDMA
高性能计算能力
加密
( I  P' s$ ^  b4 l/ j" H% PART加速

8 B4 u& A" d0 X7 `( U# T$ ^8 o

) y4 |/ V. j" t* r' S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）
' f+ U2 ]9 _5 k3 e3 S8 g4 R- ]- Q              0x4000_0000‐0x400F_FFFF（片上外设区中的最低 1MB）


/ X6 M; k9 Z2 e0 w$ e      位带别名区地址=（A&0xF0000000）+0x2000000+(A&0xFFFFF)<<5+(n≤2)

/ M1 j( Q  `8 |% P4 k0 C
/ Z1 H/ \* B; C2 l! w　　其中A为位带区地址，n为该字节的第几位。
9 Y4 K( l/ n% e. t" w

       这里再不嫌啰嗦地举一个例子：
" s! W/ d8 g; C4 }' q$ u       1. 在地址 0x20000000 处写入 0x3355AACC
       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。
- S/ N4 E0 [9 w0 ~       4. 现在再读取 0x20000000，将返回 0x3355AAC8（bit[2]已清零）。

. j# i, h% r2 J6 {" v# e
　　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。


$ r+ _' @( k( V4 h2 y二、中断
* j) {- a: S% S
0 {) p( z6 N8 T# I- w( O( W
　　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。
% p# {. e; R* O

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）。

1 o& \4 p. R3 Y# n& y  {- a
9 X9 v( P% f4 i# g1 a+ X- j" z' O　　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。
( k* o, P4 H' V" o0 G

　　注：中断和事件的区别：
4 o' K% y2 g% ]9 q/ @, A

6 F, ~6 M# _0 O  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。
. [/ p$ Q+ Q: z4 n

7 ]) O. k  y7 G+ J
* Q& f8 z* h+ F  P4 X
0 t& I. s6 _+ p三、printf重定向
! u* g/ G5 j' N( Y0 K

　　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。
# Q5 L  n# Q" k( Z
. Q! `- w/ j' l
四、随机数发生器RNG

% J0 A& _5 M. @3 x
8 P# n. n: [4 f( {5 d2 n　　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。
' K: v1 [9 i$ z* ~: O
五、AD/DA

2 r. l' u8 S$ }* k. }. 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
7 ^4 c: _* W2 ~! v, d" l
% j# f. [9 W$ M. ?6 j
      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）


           STM32F103系列：在56MHz时转换时间为：1μs
' o+ w5 I& |3 l) v$ \

                                         在72MHz时转换时间为：1.17μs
8 K* x9 }5 Y, t. d6 ^2 c* S
- I) c; a0 Z9 L7 U/ k
. K9 U5 s/ ?; p  q, r: Q( W      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））
* G) O3 b6 U% B) B( u. F
& w; [, }/ e8 ~7 i+ T. X: a$ K1 d5 d6 A
      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）
: U1 L0 ?% H- O; v( \0 r* \

      4、ADC输入范围：VREF-≤ VIN ≤VREF+ (VREF+和VREF-只有LQFP100封装才有)
4 a. P* O1 V' r  K: ^
& u5 N/ a4 c! V: i& t2 Y5 Z( X, @  \
3 T  B1 `  _; l8 x# M      5、双重模式(带2个ADC的设备): 8种转换模式
. L8 D: e& V) u+ J

  ~2 O- M2 R% b- V  _      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。


% Y2 t" Y2 N; d6 l' @  S" m5 S　　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）
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
- d5 F: N  Z7 Q0 P7 ?: D0 |/ U读取ADC转换值

　　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。

( B" ?; O( a% i
9 \9 \7 B. b5 B7 B7 [, r5 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。


　　我们来看看STM32之DAC的Resume(简历简介)：


0 i% R+ `# z5 q6 l' ^2 W   ● 2个DAC转换器：每个转换器对应1个输出通道
9 m6 M! \8 J5 T' `6 o: _

   ● 8位或者12位单调输出

& H! Q! w9 }2 j3 V
   ● 12位模式下数据左对齐或者右对齐


   ● 同步更新功能

/ |! P, S+ [3 D
   ● 噪声波形生成

! s7 u3 _, y- y! P" h, g
   ● 三角波形生成
5 C; W( b# A7 {9 L! m5 H% ?
+ d6 Y9 ?" l5 k1 \* Y
   ● 双DAC通道同时或者分别转换
/ r& y! ]& ]2 q2 K3 r- d* z! o+ C
' V$ s% |% V1 T' w4 ?
2 @" s/ b! D3 z3 L3 y   ● 每个通道都有DMA功能
. P4 b. i( {6 p4 z
" w* X( a; j( @" E( g
   ● 外部触发转换

  b. u) m6 R, d# _) P. T: k  t7 l
   ● 输入参考电压VREF+   
/ b+ E; M5 z& l  \% u1 z+ L- }+ J

　　注：PWM+RC滤波可以模拟DAC的输出方式。
( ^) V3 _% N! r6 R3 _; s

　　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：


        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。


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。
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。

3 w, t7 ?) H3 L8 i1 |2 Q5 k* x
　　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　
5 [* N; R2 D& m

　　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。
/ @0 b4 K* x3 g! x7 H4 A' s# O4 i( h* V
9 B9 l6 M# T/ r3 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。

. L. r& m% V# E% ~& M0 y
      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）。
) K3 p% ?0 U. R- x2 ]
七、高性能计算能力


　　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。
- D1 e! X$ o  H1 F3 m! v2 O# y- r
/ B0 P- ?; _) x　　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 z, X$ ^7 o" \
/ s& B/ n# O5 B& V
2 Q4 z6 c5 J/ b2 }, ^- |6 i　　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。
" F' }: ~0 Z. e, N0 S) c( m
) y/ [/ K: Z( T) T# G

八、加密

2 j2 k1 K! U0 F- u& c* Q
" |0 S1 r+ |3 e. v　　采用加密处理器CRYP，下面是CRYP的结构框图。
5 P% H) @( H) x0 ^* z
1 E8 R3 y+ W- ]! g5 z. q
0 L# B* S( e+ F7 ]9 U2 `　　加密算法有AES加解密算法、DES/TDES加解密算法等

9 ]6 i  K8 M9 u6 A% Y% H# V: ]3 J
九、ART加速

5 ^  {  \+ u( M; X3 t
　　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。
- M  v$ @& D6 K/ XSTM32F4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）。
- S/ [$ D( v8 o7 r! P+ g8 @

" W# \4 t' p8 L2 w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。
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1 A  s% e8 s8 s/ q5 k3 K转载自：angengguo7895
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