本文将提到以下内容：
* L: Y  I2 p& Z

0 q6 [+ |/ ~! O! E位带操作
4 L8 B: y& H, d! G) @中断
printf重定向
& }6 P( M9 C# g5 @( A! @随机数发生器RNG
" Z, o5 W- R+ L3 GAD/DA
$ j+ [: g( Z2 s. C6 X5 H' lDMA
* b. @6 _0 _7 `* u* |$ y( {高性能计算能力
8 t' D9 ]/ X& |# V加密
7 o( n# a8 e6 V0 w$ Y- ?ART加速
9 O. r  ]/ \: Y+ g' ~; Q1 \


一、位带操作
. r$ o0 H* f* K8 p9 h9 y$ ]　　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 c5 a, Q$ [, n2 h0 ~: z
1 G7 s7 t6 p. m; ~; J0 Q  s
; G3 r9 Y3 @2 I# k% q　　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）

( @9 q; l" t" ~, o: }
      位带别名区地址=（A&0xF0000000）+0x2000000+(A&0xFFFFF)<<5+(n≤2)


　　其中A为位带区地址，n为该字节的第几位。

% p# z" q' n# N: ?
       这里再不嫌啰嗦地举一个例子：
       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。
6 ^' [* K2 |, {7 m       4. 现在再读取 0x20000000，将返回 0x3355AAC8（bit[2]已清零）。
. [% x/ _% z3 @! B1 o: m- J
1 t( t8 L6 Y# D  K
　　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。
' b% }& ]9 c  E" @& m3 T) S
2 o* D3 k1 Q' A
二、中断

; R/ f: N/ u; X! ], ?
0 J3 Q0 n) V8 _, V1 |9 }　　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。
" I; c* W$ L! |. A5 U

, Q8 D. K# ?8 }! y; p+ J# h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）。
8 L& s7 J3 q. s( p
% C3 x6 o" O# l9 v# c7 C
　　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：

+ s. O2 Q* q. E( 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。

0 ^9 @' s7 i$ [: [0 A


( J9 b+ F3 c" A- C三、printf重定向

, e1 a8 f6 i3 Q
　　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 o/ B% k. d  B1 ]$ d. _
/ X% Q9 O" O0 T
四、随机数发生器RNG

1 |2 y' k+ {; u3 r( c
; K& g' q! p$ l$ C2 u, W　　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。

五、AD/DA


　　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
+ m- E- L8 Q/ ]2 h; F& f# U% a
! |7 b7 ~. ], l- Q) Y( L* R- I
5 ?( Y8 `% `+ N2 v, s. 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）
2 J' Y0 A/ P  G0 Y) @* J6 j% N

: X( _0 a/ z% }+ r0 K0 G5 c# s' p           STM32F103系列：在56MHz时转换时间为：1μs
) x1 |$ E2 V4 B: q& e
4 m; l, v3 U# q$ B( V
                                         在72MHz时转换时间为：1.17μs
3 J, ~' A9 S6 c! `; j" g6 P% a1 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））


& `( f, ~( P, s9 M      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）


1 A* S6 z# p- z4 a3 _/ Q      4、ADC输入范围：VREF-≤ VIN ≤VREF+ (VREF+和VREF-只有LQFP100封装才有)
# z' u9 {( t; h$ g, ?5 P! t

      5、双重模式(带2个ADC的设备): 8种转换模式

* F5 [7 Y3 X, u8 x: D5 Z3 Q" u
" y+ y3 N2 p' ~! `      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。
" @+ r, t7 j" A$ A

　　其转换步骤如下：
使能端口时钟和ADC时钟
/ k7 F: R) J" o& F9 v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
读取ADC转换值
5 Q4 `5 n; b4 L* i
3 @+ _: {& s* n/ n　　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。


9 V& R1 H; I# E* V. l0 v" G; P　　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。
& j" J, O0 m7 l$ V. e4 j
8 |( \2 V+ a! v; q8 z  c
) Q( w: U9 o- q7 [, u　　我们来看看STM32之DAC的Resume(简历简介)：


   ● 2个DAC转换器：每个转换器对应1个输出通道
- P% c" d9 Y, b* C
' H% j8 b; [: {9 {
   ● 8位或者12位单调输出
$ d  U* C( [6 ^) ]7 ~' B
; Z# g2 Y, f" c9 \" a  P
   ● 12位模式下数据左对齐或者右对齐

& `5 p) r* c: ]. H' y
   ● 同步更新功能
( C* a* p4 @# \3 Y$ X. M" w

   ● 噪声波形生成
$ j" U# _3 A/ \9 `3 B
+ m% f: d, P5 l! S8 ^# d( r, @
   ● 三角波形生成


   ● 双DAC通道同时或者分别转换


. a4 f: l# w: t# w+ S) Y; I2 q% `   ● 每个通道都有DMA功能


   ● 外部触发转换
( `" @. l$ t6 _& q7 r  Y

   ● 输入参考电压VREF+   
) _$ y0 L4 d3 H

　　注：PWM+RC滤波可以模拟DAC的输出方式。


* s. a3 m4 [2 |" D4 f　　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。

, t) J1 T8 s2 U4 h# J4 i1 Y
. B2 N" u3 q3 k- o1、PWM频率为328.125Khz，那么一次谐波频率就是328.125Khz；
+ K2 Q3 |; ~: }0 `4 V% B2、1阶RC滤波，幅频特性为：-10lg[1+(f/fp)^2]；fp为截止频率。
$ O  o% K0 Y+ j. C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。
! b8 F( j% w1 ^3 E) Q' a2 t: P
- k* t: L- A" T7 a  E9 {/ I5 {( o0 o
　　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　
! J5 \0 I; J7 B3 Z0 `- ]# T

　　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。
, }+ l  L- n6 P5 x/ `1 I, X0 U
: ^9 E' r3 U9 ?6 H( c. M
8 L5 A2 O2 g6 r" Q, M0 Q( p* `/ A' P( l       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) _; N1 R2 P' {  t9 k
      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）。
3 ^& Q) p9 _- [7 Q. X" X
; n  {# |* U7 a- y- F$ P" {7 {$ Z七、高性能计算能力

0 b! {( n1 C/ g& Q- e) j
　　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。

: q/ a! Q5 k# G　　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。
, w$ N5 x8 {" A' q  Q
! v2 G7 r! s6 I$ F& j9 W) W$ [
　　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。
& W* a& c4 T# b4 O" |: p


八、加密
: V. L6 ?% q5 J) r
& u1 \/ V$ r5 k. C$ I
7 N( D( g0 n, C6 P  A% I　　采用加密处理器CRYP，下面是CRYP的结构框图。
% S& c7 A* {" E+ k( [* y; s3 @. ]$ O

. Q  C$ A+ ?2 l, L# P　　加密算法有AES加解密算法、DES/TDES加解密算法等
% P" t* }; H. K' [1 V2 U3 A4 D
/ k2 ]2 t9 d: ^
九、ART加速


　　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）。
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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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