STM32L4学习 - 技术栈

STM32L4系列是围绕Cortex-M4构建，具有FPU和DSP指令集，主频高达80MHz。

STM32CubeL4简介

STM32Cube 是 ST 提供的一套性能强大的免费开发工具和嵌入式软件模块，能够让开发人员在 STM32 平台上快速、轻松地开发应用。它包含两个关键部分：

图形配置工具STM32CubeMX。允许用户通过图形化向导来生成C语言工程。
嵌入式软件包（STM32Cube库）。包含完整的HAL库（STM32硬件抽象层API），配套的中间件，以及一系列完整的例程。

库开发与寄存器开发的关系

很多用户都是从学 51 单片机开发转而想进一步学习 STM32 开发，他们习惯了 51 单片机的寄存器开发方式，突然一个 STM32 固件库摆在面前会一头雾水，不知道从何下手。

固件库就是函数的几何，固件库函数的作用是向下负责与寄存器直接打交道，向上提供用户函数调用的接口（API）。

在51的开发中我们常常的做法是直接操作寄存器，比如要控制某些IO口的状态，我们直接操作寄存器：

c 复制代码

P0=0x11;

而在STM32的开发中，我们同样可以操作寄存器：

c 复制代码

GPIOC->BSRR=0x00000001;

这是针对STM32L4系列

这种方法当然可以，但是这种方法的劣势是要去掌握每个寄存器的用法，才能正确STM32，而对于STM32这种级别的MCU，数百个寄存器记下来又是谈何容易。

于是ST（意法半导体）推出了官方固件库，固件库将这些寄存器底层操作都封装起来，提供一套接口（API）供开发者调用，大多数场合下，不需要去直到操作的是哪个寄存器，只需要知道调用哪些函数即可。

STM32CubeL4固件包介绍

Drivers文件夹

Drivers文件夹包含BSP，CMSIS和STM32L4xx_HAL_Driver三个子文件夹。

BSP：板级支持包，此支持包提供的是直接与硬件打交道的API，例如触摸屏，LCD，SRAM以及SSPROM等板载硬件资源等驱动。BSP文件夹下有多种ST官方Discovery开发板，Nucleo开发板以及EVAL板的硬件驱动API文件，每一种开发板对应一个文件夹。
CMSIS：顾名思义就是符合CMSIS标准的软件抽象层组件相关文件。文件夹内部文件比较多。主要包括DSP（DSP_LIB文件夹），Cortex-M内核及其设备文件（include文件夹），微控制器专用头文件/启动代码/专用系统文件等(Device 文件夹)。
STM32L4xx_HAL_Driver：这个文件夹非常重要，包含了所有的STM32L4xx系列HAL库头文件和源文件，也就是底层硬件抽象层API声明和定义。它的作用是屏蔽了复杂的硬件寄存器操作，统一了外设的接口函数。

STM32L4总线架构

STM32L4的总线架构比51单片机就要强大很多了。

主系统由32位多层AHB总线矩阵构成，总线矩阵可实现以下部分互连：

五条主控总线：

Cortex-M4内核I总线，D总线和S总线。
DMA1存储器总线
DMA2存储器总线
八条被控总线：
内部FLASH ICode总线
内部FLASH DCode总线
内部SRAM1
内部SRAM2
AHB1外设
AHB2外设
FMC和QSPI

I总线（S0）：此总线用于将Cortex-M4内核的指令总线连接到总线矩阵。内核通过此总线获取指令。此总线访问的对象是包括代码的存储器。

D总线（S1）：此总线用于将Cortex-M4数据总线连接到总线矩阵。内核通过此总线进行立即数加载和调试访问。

S总线（S2）：此总线用于将Cortex-M4内核的系统总线连接到总线矩阵。此总线用于访问位于外设或SRAM中的数据。

DMA存储器总线（S3，S4）：此总线用于将DMA存储器总线主接口连接到总线矩阵。DMA通过此总线来执行存储器数据的传入和传出，以及AHB外设或执行存储器之间的数据传输。

STM32L4时钟树概述

众所周知，时钟系统是CPU的脉搏，就像人的心跳一样。所以时钟系统的重要性就不言而喻了。

STM32L4的时钟系统比较复杂，不像简单的51单片机一个系统时钟就可以解决一切。

于是有人要问，采用一个系统时钟不是很简单吗？为什么STM32要有多个时钟源呢？因为首先STM32本身非常复杂，外设非常的多，但是并不是所有外设都需要系统时钟这么高的频率。比如看门狗以及RTC只需要几十K的时钟即可。同一个电路，时钟越快功耗越大，同时抗电磁干扰能力也会越弱，所以对于较为复杂的MCU，一般都是采用多时钟源的方法来解决这些问题。

在STM32L4中，有6个重要的时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、MSI、PLL。

其中PLL实际是分为三个时钟源，分别为主PLL、PLLISAI1和PLLSAI2。

从时钟频率来分可以分为高速时钟源和低速时钟源，在这6个中，HSI，HSE，MSI以及PLL是高速时钟，LSI和LSE是低速时钟。从来源可分为外部时钟源和内部时钟源，外部时钟源就是从外部通过接晶振的方式获取时钟源，其中HSE和LSE是外部时钟源，其它的是内部时钟源。

LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为32kHz左右。供独立看门狗、RTC和LCD使用。
LSE是低速外部时钟，频率为32.768kHz的石英晶体。这个主要是RTC的时钟源。
HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~48MHz。我们的开发板接的是8MHz的晶振。HSE也可以直接做为系统时钟或者PLL输入。
HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为16MHz。可以直接作为系统时钟或者用作PLL输入。
MSI时钟信号由内部RC振荡器产生，其频率范围可通过时钟控制寄存器（RCC_CR）中的MSIRANGE[3:0]位进行调整。
PLL为锁相环倍频输出。STM32L4有三个PLL：

主PLL(PLL)可由HSE、HIS或者MSI提供时钟信号，并具有三个不同的输出时钟。
第一个输出 PLLR，用于生成高速的系统时钟（SYSTEM，最高 80MHz）
第二个输出 PLLQ，可为 USB、RNG 和 SDMMC 提供时钟源
第三个输出 PLLP，可用于 SAI1 和 SAI2 时钟
PLLSAI1 用于生成精确时钟，同样具有三个不同的输出时钟。
第一个输出 PLLSAI1P，可用于 SAI1 和 SAI2 时钟
第二个输出 PLLSAI1Q，可为 USB、RNG 和 SDMMC 提供时钟源。
第三个输出 PLLSAI1R，可为 ADC 提供时钟
PLLSAI2 用于生成精确时钟，具有两个不同的输出时钟。
第一个输出 PLLSAI2P，可用于 SAI1 和 SAI2 时钟
第二个输出 PLLSAI2R，可为 ADC 提供时钟

从图中可以看出，主PLL的时钟源要经过一个分频系数为M的分频器，然后经过倍频系数为N的倍频器，出来之后还需要经过分频系数为R（输出PLLR时钟）、或者P（PLLP时钟）、或者Q（输出PLLQ时钟），最后才生成最终的主PLL时钟。