STM32------存储器映像

一.存储器映像图

二.运行内存SRAM

STM32 的运行内存 SRAM （Static Random - Access Memory，静态随机存取存储器）是 STM32 微控制器中重要的组成部分，用于程序运行过程中临时存储数据，对系统的性能和实时性有着关键影响。以下是关于它的详细介绍：

1. 基本特性

• 易失性存储：SRAM 中的数据在断电后会立即丢失，这是它与 Flash 等非易失性存储器的重要区别。在系统上电运行时，它为程序提供了数据读写的临时空间。
• 快速读写：相比外部存储器（如 SD 卡等），SRAM 具有极快的读写速度，能够满足 CPU 对数据快速访问的需求，保证程序高效运行。例如，STM32F4 系列的 SRAM 可以在一个 CPU 时钟周期内完成一次数据读写操作。
• 静态存储：不需要像动态随机存取存储器（DRAM）那样周期性刷新，简化了电路设计和控制逻辑，提高了稳定性。

2. 地址范围

不同型号的 STM32，其 SRAM 的起始地址和容量有所不同。一般来说，常见的起始地址是0x2000 0000 。比如，STM32F103 系列，根据不同的产品型号，SRAM 容量有 20KB、48KB、64KB 等多种规格；而 STM32F4 系列，其大容量型号的 SRAM 容量可高达 192KB 甚至更多。

3. 用途

• 变量存储 ：用于存储程序运行过程中的局部变量、全局变量、静态变量等。例如，在 C 语言程序中定义的普通变量，如int num; ，当程序运行时，num 就会被存储在 SRAM 中。
• 堆栈空间：为函数调用提供堆栈空间。当函数被调用时，局部变量、函数参数以及返回地址等会被压入堆栈；函数执行完毕后，相关数据从堆栈中弹出。合理设置堆栈大小对于程序的正常运行至关重要，过小的堆栈可能导致程序崩溃（如栈溢出）。
• 数据缓存：在一些应用场景中，SRAM 可作为数据缓存区。比如，在进行 ADC（模拟数字转换器）数据采集时，可以先将采集到的数据暂存到 SRAM 中，再进行后续处理；或者在通信过程中，作为接收和发送数据的缓冲区。

4. 与其他存储器的配合

• 与 Flash 配合：Flash 用于存储程序代码，当系统上电后，CPU 从 Flash 中读取程序指令并执行。在执行过程中，需要临时存储的数据则存放在 SRAM 中。例如，程序中的变量和堆栈数据都在 SRAM 中，而程序的逻辑代码在 Flash 中。
• 与外部存储器配合：当 STM32 的内部 SRAM 容量无法满足需求时，可以外接外部存储器（如 SDRAM）。但外部存储器的读写速度相对较慢，在一些对速度要求极高的场景下，仍以内部 SRAM 作为主要的运行内存，外部存储器则用于存储一些对读写速度要求不高的大量数据（如图片、音频等数据）。

5. 编程注意事项

• 内存管理 ：在编写程序时，需要合理分配 SRAM 的使用，避免出现内存泄漏或内存溢出的情况。特别是在使用动态内存分配函数（如**malloc 、free** ）时，要确保正确释放不再使用的内存。
• 优化内存占用 ：为了节省 SRAM 空间，可以尽量使用合适的数据类型（如能用char 类型就不用int 类型存储数据），避免定义过多不必要的全局变量等。
• 内存访问速度：在设计程序时，要充分利用 SRAM 的快速读写特性，将频繁访问的数据存放在 SRAM 中，以提高程序的运行效率。

三.程序存储区flash

STM32 的程序存储区 Flash 是用于存储程序代码和常量数据的非易失性存储器，即使系统断电，其中的数据也不会丢失。以下是关于它的详细介绍：

1.基本特性

• 非易失性：Flash 存储器在断电后能保持存储的数据，这使得 STM32 在上电时可以直接从 Flash 中读取并执行预先烧录好的程序代码，是系统运行的基础。
• 可擦除和编程：虽然 Flash 的数据在断电后不会丢失，但它支持数据的擦除和重新编程操作。不过，Flash 的擦除和编程次数是有限的，一般能承受 1 万到 10 万次不等的擦写操作，这在实际应用中通常能满足需求。
• 按页 / 块操作 ：Flash 的擦除和编程操作并非像 SRAM 那样按字节随意进行，而是以页（Page）或块（Block） 为单位。比如在 STM32F103 系列中，Flash 页大小通常为 1K 字节，擦除操作一般针对整页进行，编程则可以按**半字（16 位）或字（32 位）**写入。

2.地址范围与容量

• 地址范围 ：不同型号的 STM32，其 Flash 的起始地址一般是0x0800 0000 ，但也有一些特殊情况，例如在大容量产品中，可能会存在扩展的 Flash 地址空间。
• 容量差异：STM32 不同系列、不同型号的 Flash 容量差别较大。以 STM32F103 系列为例，小容量产品 Flash 容量为 16KB 或 32KB，中容量产品为 64KB 或 128KB，大容量产品可达 512KB 甚至更多。而像 STM32H7 系列等高端产品，Flash 容量可以达到数兆字节。

3.用途

• 存储程序代码 ：编译器将 C、C++ 等高级语言编写的程序代码编译、链接后生成的可执行代码，会被烧录到 Flash 中。系统上电启动后，CPU 从 Flash 的指定地址开始读取指令并执行，驱动整个系统运行。比如一个基于 STM32 的智能温度控制系统，其温度采集、处理、控制等程序代码都存储在 Flash 中。
• 存储常量数据 ：程序中定义的常量，如const int num = 10; 中的10 ，以及字符串常量（如"Hello, World!" ）等，也会被存储在 Flash 中。这些常量数据在程序运行过程中不会被修改，且可以被程序代码随时读取使用。
• 数据存储（非易失性数据保存）：除了程序代码，在一些应用场景下，Flash 也可用于存储一些需要长期保存的非易失性数据，如系统的配置参数（如用户设置的工作模式、阈值等）。不过，由于 Flash 的擦写特性，在进行数据存储时需要注意合理设计擦写算法，以避免频繁擦写导致 Flash 寿命缩短。

4.与其他存储区域的关系

• 与 SRAM 的关系：Flash 用于长期存储程序和常量，而 SRAM 是程序运行时的临时数据存储区域。系统上电后，CPU 从 Flash 中读取程序指令，在执行过程中产生的临时变量、函数调用堆栈等数据则存放在 SRAM 中。两者相互配合，实现程序的正常运行。
• 与系统存储器的关系：系统存储器是 STM32 中用于存储 BootLoader（引导加载程序）的区域。BootLoader 可以通过特定的接口（如串口、USB 等）将程序代码从外部设备（如电脑）下载到 Flash 中。在系统启动时，根据启动配置（由启动引脚电平决定），可以选择从 Flash 启动（正常运行模式）或从系统存储器启动（用于程序下载和升级等）。

5.编程与操作注意事项

• 烧录方式：可以使用 ST - Link、J - Link 等调试下载工具，通过 SWD（Serial Wire Debug）或 JTAG（Joint Test Action Group）接口将程序代码烧录到 Flash 中；也可以利用 BootLoader 通过串口、USB 等通信接口进行程序下载。
• 擦写操作：在对 Flash 进行编程之前，必须确保目标区域已被擦除。如果没有正确擦除就进行编程，可能会导致数据写入错误。同时，要尽量减少不必要的擦写操作，以延长 Flash 的使用寿命。
• 数据一致性：在进行 Flash 数据更新（如更新配置参数）时，要注意数据的一致性。可以采用备份、校验等机制，避免在擦写过程中因意外情况（如掉电）导致数据丢失或损坏。

四.外设寄存器

STM32 的外设寄存器是用于配置和控制片上外设（如 GPIO、UART、SPI、ADC 等）工作状态和数据传输的特殊功能寄存器。通过对这些寄存器进行读写操作，开发者可以实现对外设的初始化、参数配置、数据收发以及状态监控等功能。以下是关于 STM32 外设寄存器的详细介绍：

1. 寄存器的地址映射

STM32 芯片将不同外设的寄存器统一编址，映射到特定的内存地址区域， 通常在0x4000 0000及之后的地址空间（不同系列可能有差异）。比如，不同外设模块有各自独立的基地址，每个外设模块内的寄存器地址是基于该模块基地址的偏移量 。以 STM32F103 为例，GPIOA 外设的基地址是0x4001 0800 ，而 GPIOA 的端口配置低寄存器（CRL）的地址就是0x4001 0800 （因为它是偏移量为 0 的寄存器），端口配置高寄存器（CRH）地址是0x4001 0804 （偏移量为 4 个字节，因为 STM32 寄存器通常是 32 位，占 4 个字节）。

2. 常见的寄存器类型

• 控制寄存器（CR，Control Register）：用于配置外设的工作模式和功能。例如，GPIO 的控制寄存器可以设置引脚是作为输入、输出，以及输出模式是推挽输出还是开漏输出等；UART 的控制寄存器可以配置波特率、数据位、停止位、校验位等参数。
• 数据寄存器（DR，Data Register）：用于读写外设的数据。比如，当 GPIO 作为输出时，向其数据寄存器写入相应的值（0 或 1），就可以控制引脚的电平状态；当 UART 接收数据时，接收到的数据会被存储在数据寄存器中，供 CPU 读取。
• 状态寄存器（SR，Status Register）：用来反映外设当前的工作状态，如是否有数据接收完成、发送完成，是否产生了错误（如溢出错误、奇偶校验错误）等。通过读取状态寄存器，CPU 可以判断外设的工作情况，以便做出相应的处理。
• 配置寄存器（CFGR，Configuration Register）：除了控制寄存器，有些外设还会有专门的配置寄存器，用于更详细地设置外设的参数。例如，ADC（模拟数字转换器）的配置寄存器可以设置转换模式（单次转换还是连续转换）、触发方式等。

五.内核外设寄存器

STM32 的内核外设寄存器是用于配置和管理 Cortex - M 内核相关外设功能的特殊功能寄存器，这些寄存器对于系统的中断管理、时钟控制、调试等重要功能起着关键作用。

1. 寄存器地址映射

STM32 内核外设寄存器通常映射在特定的内存地址区域，常见的起始地址为0xE000 0000 。不同的内核外设模块在这个基地址上有各自的偏移地址，通过对这些地址对应的寄存器进行读写操作，就能实现对相应内核外设的配置与控制。

2. 主要内核外设寄存器及功能

• 嵌套向量中断控制器（NVIC，Nested Vectored Interrupt Controller）寄存器 ：
  • 中断使能寄存器（ISER）：用于使能各个中断线，每个位对应一个中断源，通过置位相应位可使能对应的中断。例如，要使能外部中断线 0，就需要对 ISER [0] 的第 0 位进行置 1 操作。
  • 中断失能寄存器（ICER）：与 ISER 相反，用于禁用中断，对相应位写 1 可禁止对应的中断。
  • 中断挂起寄存器（ISPR）：当某个中断发生且未被及时响应时，该中断会被挂起。通过对 ISPR 寄存器的相应位写 1，可以手动挂起一个中断；读该寄存器可查询哪些中断处于挂起状态。
  • 中断解挂寄存器（ICPR）：用于清除挂起的中断，对相应位写 1 可清除对应的中断挂起标志。
  • 中断优先级寄存器（IP）：用于配置中断的优先级，STM32 的 NVIC 支持多个中断优先级分组，可通过配置寄存器来设置每个中断的抢占优先级和子优先级，从而确定中断响应的先后顺序。
• 系统控制块（SCB，System Control Block）寄存器 ：
  • 中断控制状态寄存器（ICSR）：包含了各种中断相关的状态信息，如活动中断标志、Pending 中断清除等。通过读取该寄存器，可以了解系统当前的中断状态，进行相应的处理。
  • 向量表偏移寄存器（VTOR）：用于设置中断向量表的起始地址。在不同的应用场景下，可能需要将中断向量表重映射到不同的内存区域，通过配置 VTOR 寄存器即可实现这一功能。
  • 应用程序中断及复位控制寄存器（AIRCR）：可用于设置中断优先级分组，以及触发系统复位等操作。比如，通过对 AIRCR 寄存器进行特定的写操作，可以实现软件复位系统。
• 系统滴答定时器（SysTick）寄存器 ：
  • 控制及状态寄存器（CTRL）：用于配置 SysTick 定时器的工作模式（如是否使能定时器、选择时钟源等），并包含定时器的状态标志（如计数溢出标志）。例如，将 CTRL 寄存器的使能位（ENABLE）置 1，即可启动 SysTick 定时器。
  • 重装载值寄存器（LOAD）：设置 SysTick 定时器的计数初值。当定时器计数到 0 时，会自动从 LOAD 寄存器中重新加载计数值，开始新一轮计数。
  • 当前值寄存器（VAL）：用于读取 SysTick 定时器当前的计数值，通过读取该值可以获取定时器的运行状态。

六.系统存储器

STM32 的系统存储器（System Memory）是芯片内部一块特殊的只读存储器（ROM），主要用于存储BootLoader（引导加载程序），是 STM32 程序下载和启动机制的重要组成部分。以下是关于它的详细介绍：

1.基本特性

1. 非易失性：系统存储器中的数据由芯片厂商在出厂时预烧录，断电后不会丢失，且用户无法修改或擦除（除非通过特殊手段，但通常不建议）。
2. 固定功能 ：其核心作用是存储BootLoader 程序，该程序负责在特定启动模式下接收外部数据（如通过串口、USB 等），并将程序代码烧录到 STM32 的 Flash 中（即 "ISP 下载" 功能）。
3. 独立地址空间 ：系统存储器有固定的地址映射，不同 STM32 系列的地址略有差异，例如：
   • STM32F1 系列：起始地址为0x1FFF F000，大小通常为 2KB~8KB（因型号而异）；
   • STM32F4 系列：起始地址为0x1FFF 0000，容量更大，支持更多下载接口（如 USB DFU）。

2.核心功能：BootLoader

系统存储器中的 BootLoader 是 STM32 的 "出厂预装程序"，主要功能包括：

1. 程序下载 ：在 "系统存储器启动模式" 下，BootLoader 会运行，通过预设的硬件接口（如 UART、SPI、I2C、USB 等，具体支持的接口因芯片型号而异）接收外部设备（如电脑）发送的程序数据，并将其写入 Flash。
   • 例如，STM32F103 的 BootLoader 支持通过 USART1 下载程序，而 STM32F407 支持 USART、SPI、USB DFU 等多种方式。
2. 启动引导：BootLoader 会检查启动配置（由芯片的启动引脚电平决定），若配置为从系统存储器启动，则执行自身逻辑；否则，跳转至 Flash 或 SRAM（特殊模式）执行用户程序。

3.启动模式与系统存储器的关系

STM32 的启动模式由芯片的BOOT0 和BOOT1引脚（部分型号可能简化）的电平状态决定，常见模式包括：

1. Flash 启动（默认模式） ：BOOT0=0，BOOT1 任意。此时 CPU 从 Flash（0x0800 0000）读取并执行用户程序，是正常运行模式。
2. 系统存储器启动：BOOT0=1，BOOT1=0（具体电平需参考芯片手册）。此时 CPU 从系统存储器启动，运行 BootLoader，用于程序下载或升级。
3. SRAM 启动：BOOT0=1，BOOT1=1。此时 CPU 从 SRAM 启动，通常用于调试（程序需预先加载到 SRAM）。

注意：系统存储器启动模式仅用于执行 BootLoader，完成程序下载后，需将 BOOT0 引脚拉低，重新上电以切换回 Flash 启动模式，运行用户程序。

4.实际应用场景

1. 程序首次烧录：对于未焊接调试接口（如 SWD/JTAG）的电路板，可通过系统存储器的 BootLoader，利用串口等通用接口下载程序。
2. 现场程序升级（IAP）：在嵌入式产品中，若需远程升级程序，可先通过用户程序触发系统复位并切换到系统存储器启动模式，再由 BootLoader 接收新程序并写入 Flash（需硬件支持启动引脚电平切换，或通过软件配置特殊寄存器实现）。
3. 调试辅助：当 Flash 中的程序出错导致系统无法启动时，可切换到系统存储器模式，重新下载程序修复。

5.注意事项

1. 接口限制：不同 STM32 型号的 BootLoader 支持的下载接口不同，需参考芯片数据手册（Datasheet）中的 "System Memory Boot mode" 章节确认（如 UART 的具体引脚、波特率等）。
2. 启动引脚配置：切换启动模式时，需确保 BOOT0/BOOT1 引脚电平稳定，避免上电过程中电平抖动导致启动异常。
3. 安全性：系统存储器的 BootLoader 是芯片厂商固化的程序，安全性较高，但部分型号支持通过选项字节（Option Bytes）禁用特定下载接口，以防止未授权访问。

七.选项字节

STM32 的选项字节（Option Bytes）是芯片内部一块特殊的非易失性存储区域，用于存储芯片的配置参数（如启动模式、读写保护、看门狗配置等），这些参数会影响芯片的基础功能和安全特性，且在芯片复位或上电后仍能保持生效。以下是关于选项字节的详细介绍：

1.基本特性

1. 非易失性：选项字节的数据在断电后不会丢失，与 Flash 类似，但功能和操作方式不同。
2. 配置核心功能：存储的参数直接影响芯片的底层行为，如启动配置、存储器保护、硬件特性开关等，是芯片运行的 "基础配置项"。
3. 独立于用户程序：选项字节的配置不占用用户程序的 Flash 空间，且需通过专门的操作指令进行修改（不能像普通 Flash 那样直接读写）。
4. 地址映射 ：不同 STM32 系列的选项字节地址略有差异，例如：
   • STM32F1 系列：起始地址为0x1FFF F800，大小通常为 16 字节（部分型号扩展至 32 字节）；
   • 其他系列（如 F4、H7）地址可能不同，但均在系统存储器附近的特殊地址空间。

2.主要功能与配置项

选项字节包含多个配置字段，不同型号支持的功能略有差异，常见配置项如下：

1. 读保护（RDP，Read Protection）

   • 用于保护 Flash 中的程序不被非法读取。通过设置 RDP 级别（如 Level 0、Level 1、Level 2），限制外部调试工具（如 ST-Link）对 Flash 的读取权限：
     • Level 0：无保护（默认），可自由读取 Flash；
     • Level 1：禁止读取 Flash，但若擦除整个 Flash，保护会被解除；
     • Level 2：最高级保护，一旦设置，无法解除（通常用于高安全性场景，可能导致芯片部分功能锁定）。

2. 写保护（WRP，Write Protection）

   • 对 Flash 的特定页（或块）设置写保护，防止被意外擦除或改写。例如，可将存储关键配置数据的 Flash 页设置为写保护，避免程序运行中误操作导致数据丢失。

3. 启动配置（部分型号）

   • 部分 STM32 型号通过选项字节补充配置启动模式，例如禁用某些启动引脚功能，或固定启动介质（如强制从 Flash 启动）。

4. 硬件特性配置

   • 看门狗配置 ：设置独立看门狗（IWDG）是否在复位后自动使能（如选项字节中的IWDG_SW位，控制看门狗是软件使能还是硬件强制使能）。
   • 电源管理配置：如设置低功耗模式下的唤醒方式、电压监测阈值等。
   • 时钟配置：部分型号可通过选项字节配置内部时钟（HSI）的校准值。

5. 用户选项字节（User Option Bytes）

   • 预留的自定义配置位，用户可根据需求设置（如存储硬件版本、出厂信息等），复位后仍能保持状态。