以ARM Cortex-M3為基礎(chǔ)的STM32開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

焦江麗 李鳳蓮

【摘要】Cortex-M3A是ARM推出了新的產(chǎn)品，其在低成本、低功耗上具有很高的優(yōu)勢(shì)。本文對(duì)ARM Cotex-M3和STM32微控制器進(jìn)行了研究，通過(guò)選擇意法半導(dǎo)體STM32F開(kāi)發(fā)板，對(duì)STM32的基本模塊GPIO、RTC、USART、TFTLCD等的研究完成了相關(guān)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)年歷在液晶屏和PC端的顯示，同時(shí)在液晶屏上實(shí)現(xiàn)了小容量的數(shù)碼相冊(cè)及圖片的循環(huán)播放。

【關(guān)鍵詞】STM32ARM Cortex-M3TFTLCD通用同步異步收發(fā)器萬(wàn)年歷

一、引言

意法半導(dǎo)體（ST Microelectronics，簡(jiǎn)稱ST）推出的STM32微控制器，是ST第一個(gè)基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的控制器。STM32的出現(xiàn)將當(dāng)前微控制器的性價(jià)比水平提升到了新的高度，同時(shí)它在低功耗場(chǎng)合和硬實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合中亦能游刃有余[1]，考慮到用戶應(yīng)用的多樣性和大跨度的需要，STM32很好的在整個(gè)系列保持了引腳的兼容性及外設(shè)的配置的兼容性[2]。

2008年5月ST推出擴(kuò)展升級(jí)的STM32些列產(chǎn)品線，新系列配備最高達(dá)512KB的片上閃存、存儲(chǔ)空間更大的SRAM和更多的外設(shè)功能，以用于顯示、聲音、存儲(chǔ)和高級(jí)控制。STM32系列給MCU用戶帶來(lái)了前所未有的自由空間，提供了全新的32位產(chǎn)品選項(xiàng)，結(jié)合了高性能、實(shí)時(shí)、低功耗、低電壓等特性，同時(shí)保持了高集成度和易于開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)[3]。

ARM在1990年成立，當(dāng)初的名字是“Advanced RISC Machines Ltd.，”，當(dāng)時(shí)它是三家公司的合資———它們分別是蘋(píng)果電腦，Acorn電腦公司，以及VLSI技術(shù)（公司）。

基于ARM Cortex-M3的STM32的優(yōu)勢(shì)有：（1）可以選擇采用固件庫(kù)開(kāi)發(fā)，不必接觸底層寄存器，大大縮短開(kāi)發(fā)周期，降低上手難度；（2）性價(jià)比高，32位的控制器有著接近于16位甚至高端8位控制器的價(jià)格；（3）功能豐富，從工控、小嵌入式均能勝任。STM32已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、建筑與安防、低功耗、家用電器及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信等領(lǐng)域。STM32最多5個(gè)串口，外圍通訊方便自由，如對(duì)講機(jī)、空中鼠標(biāo)、游戲手柄、電話POS等[4]。

本文旨在對(duì)STM32微控制器的深入研究，對(duì)意法半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)板STM32F（100腳）進(jìn)行調(diào)試與開(kāi)發(fā)。對(duì)此開(kāi)發(fā)板中的各個(gè)模塊如GPIO、定時(shí)器、USART、中斷、BKP（備份寄存器）、PWR（電源控制）、RCC（復(fù)位和時(shí)鐘控制）、 FSMC、TFTLCD等進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)功能：將圖片顯示到TFTLCD上，萬(wàn)年歷通過(guò)串口在PC上顯示，并且可以在TFTLCD上顯示。

一、系統(tǒng)模塊與開(kāi)發(fā)平臺(tái)

1.1STM32開(kāi)發(fā)板

RealView MDK的突出特性：（1）啟動(dòng)代碼生成向?qū)?，自?dòng)引導(dǎo)；（2）軟件模擬器，完全脫離硬件的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程；（3）性能分析器，看得更遠(yuǎn)、更細(xì)、更清；（4）Cortex-M3支持；（5）RealView編譯器，代碼更小，性能更高。

1.3軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程

在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，需要使用外設(shè)的時(shí)候一般有三個(gè)步驟，這里以GPIO外設(shè)為例簡(jiǎn)單介紹一下開(kāi)發(fā)流程：

（1）修改配置文件stm32f10x_conf.h。

將配置文件gpio的宏打開(kāi)，如圖4。

（2）加載stm32f10x_gpio.c文件

stm32f10x_gpio.c是GPIO對(duì)應(yīng)的庫(kù)文件，對(duì)GPIO的一系列操作都是封裝完成并存放在這類文件里。加載過(guò)程如圖5所示。

（3）參數(shù)設(shè)置。

包括配置使用管腳、輸入或輸出模式、選中管腳的速率，開(kāi)發(fā)人員只需根據(jù)所需要求在對(duì)應(yīng)的參數(shù)位置進(jìn)行設(shè)置即可。一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例如下：

void GPIO_Configuration（void）

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure；

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6；

//D1

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP； GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz；

GPIO_Init（GPIOC， &GPIO_InitStructure）；}

其它模塊的應(yīng)用也類似于此，這樣就屏蔽了寄存器配置細(xì)節(jié)，同時(shí)加快了開(kāi)發(fā)速度。

二、TFTLCD顯示圖片的實(shí)現(xiàn)

此設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了兩幅圖片的循環(huán)播放，為實(shí)現(xiàn)數(shù)碼相框奠定一定的基礎(chǔ)。圖片每循環(huán)一次，D1、D2、D3和D4循環(huán)閃爍一次。第一幅圖片顯示結(jié)果以及第二幅圖片顯示結(jié)果如圖6和圖7所示。

三、萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1設(shè)計(jì)原理

實(shí)時(shí)時(shí)鐘（Real Time Clock，RTC）是一種能提供日歷/時(shí)鐘及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能專用集成電路，常用作各種計(jì)算機(jī)和嵌入式系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)源和參數(shù)設(shè)置存儲(chǔ)電路。特別是在各種嵌入式系統(tǒng)中用于記錄事件發(fā)生的時(shí)間和相關(guān)信息，如通信工程、電氣自動(dòng)化、工業(yè)控制等自動(dòng)化程度高的領(lǐng)域中的無(wú)人值守環(huán)境。

3.2設(shè)計(jì)步驟

①上電后初始化系統(tǒng)時(shí)鐘。

②設(shè)置GPIO引腳。

③初始化FSMC以及LCD。

④配置RTC：使能PWR和BKP模塊的時(shí)鐘；使能對(duì)備份區(qū)域的訪問(wèn)。

⑤檢查預(yù)定義的標(biāo)記判斷RTC是否曾經(jīng)設(shè)置過(guò)：預(yù)定義的標(biāo)記設(shè)置在備份區(qū)域的備份寄存器，不受系統(tǒng)掉電的影響。

⑥如果RTC未曾設(shè)置過(guò)，則初始化RTC模塊：時(shí)鐘源LSE.和.秒中斷的產(chǎn)生。

⑦設(shè)置RTC計(jì)數(shù)器：以一個(gè)基準(zhǔn)作為時(shí)間原點(diǎn)。例如RTC計(jì)數(shù)值為0時(shí)表示：2008年1月1日0：0：0。輸入當(dāng)前年/月/日/時(shí)/分/秒，計(jì)算離時(shí)間原點(diǎn)的秒數(shù)。

⑧顯示時(shí)間：根據(jù)當(dāng)前RTC計(jì)數(shù)器的值，得到現(xiàn)在距時(shí)間原點(diǎn)的秒數(shù)，反算出當(dāng)前的年/月/日/時(shí)/分/秒。

圖8為設(shè)計(jì)流程圖。

3.3TFTLCD顯示成果

將程序編譯完后，通過(guò)JTAG接口下載到開(kāi)發(fā)板，顯示結(jié)果如圖9所示。

四、總結(jié)

STM32微控制器是近年來(lái)迅速興起的基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的高端32位微控制器的代表，本問(wèn)對(duì)意法半導(dǎo)體STM32F103VEBT6（100腳）微控制器進(jìn)行了研究探討，分析了開(kāi)發(fā)板的各個(gè)模塊功能，并實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)主要功能：萬(wàn)年歷顯示和圖片顯示。最后，設(shè)計(jì)中的萬(wàn)年歷實(shí)現(xiàn)及圖片顯示是擁有現(xiàn)實(shí)意義的，其可以逐步的擴(kuò)展到其它模塊，并實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的結(jié)合。隨著進(jìn)一步的應(yīng)用，其最終可實(shí)現(xiàn)STM32微控制器在各應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用，如工業(yè)縫紉機(jī)，游戲手柄，汽車音響等，實(shí)現(xiàn)低功耗且高性能的結(jié)合。

參考文獻(xiàn)

[1] Zhao Yu-mei； CHEN Fu-rong. The S2- Chemical Sensor for Ocean Monitoring[J].Ocean Technology， 2005，24（4） ：57-59.

[2] Zhao Yu-mei； CHEN Fu-rong. Research on Key Technique of Lower Concentration S2- Sensor In Situ Measurement [J]. Ocean Technology， 2008，27 （4） ：33-35.

[3] Yan Jingdong.An Improved Intelligence Sensor Data fusion Method[J].Microcomputer Information，2009，01：149～151

[4] Joseph Yiu著，宋巖譯.ARM Cortex-M3權(quán)威指南.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[5]彭剛，秦志強(qiáng).基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器應(yīng)用實(shí)踐.北京：電子工業(yè)出版社，2011.1.