STM32内部框图
092.1.3STM32内部框图
一、STM32单片机手册获取
- 数据手册（Datasheet）：用于查芯片型号、容量、封装、引脚、绝对最大额定值、电气特性和外设数量。Keil 器件选择页里的
Data Sheet可以作为入口，但实际开发时还应核对 ST 提供的文档版本与芯片完整料号。 - 参考手册（Reference manual）：用于查系统架构、存储器映射、寄存器位、外设工作原理和配置流程。同一参考手册通常覆盖一个系列，而不是只覆盖某一个封装。
- 本课程器件：STM32F103ZET6 属于 STM32F103 高密度产品，Cortex-M3 内核，最高 72 MHz；
ZE表示 512 KiB Flash，T表示 LQFP 封装，6表示工业级温度范围。
不要把数据手册和参考手册混为一谈：查“PB11 是否 5 V 容忍”看数据手册的引脚表；查“GPIO 的 CRH、IDR、ODR 怎样工作”看参考手册。
二、STM32单片机系统架构
2.1 系统构架
内部框图可以先按“发起访问的一方—传输通道—被访问的一方”理解：
flowchart LR
CPU[Cortex-M3] -->|ICode：取指| FLASH
CPU -->|DCode| BM[总线矩阵 Bus Matrix]
CPU -->|System| BM
DMA1[DMA1] --> BM
DMA2[DMA2] --> BM
BM --> FLASH[Flash 接口\n存放程序和常量]
BM --> SRAM[SRAM\n存放变量、栈和堆]
BM --> FSMC[FSMC\n连接外部存储器]
BM --> AHB[AHB 高速总线]
AHB --> B1[AHB→APB1 桥]
AHB --> B2[AHB→APB2 桥]
B1 --> APB1[APB1 低速外设]
B2 --> APB2[APB2 高速外设]
图中各部分的含义如下：
- Cortex-M3 是执行指令的内核。
ICode总线直接连接 Flash 指令接口完成取指；DCode总线访问代码区数据，System总线访问 SRAM、外设等系统资源。参与总线矩阵仲裁的是 DCode、System、DMA1 和 DMA2 四个主控接口。 - DMA1/DMA2 能在外设和存储器之间搬运数据，不必让 CPU 每次都读一次、再写一次。它们也能发起总线访问，所以和 CPU 一样属于主设备。
- 总线矩阵 像一个多路交通枢纽，负责把主设备的地址请求送到目标从设备，并在多个请求同时出现时仲裁。框图上的线表示可达关系，不等于所有模块永远同时工作。
- AHB 面向内核、存储器、DMA 等高速模块；APB 面向控制寄存器较多、带宽需求较低的片上外设。桥接器负责在两种总线协议之间转换。
- RCC 给内核、总线和外设分配时钟并控制复位。外设即使画在框图里，若其时钟门未打开，通常也不能正常访问。
CPU 读取 GPIO 的典型链路是：
Cortex-M3 System 总线
│ 地址：GPIOx_IDR
▼
总线矩阵 → AHB → AHB/APB2 桥 → APB2 → GPIOx → 输入数据寄存器
DMA 搬运串口接收数据时则可以形成 USART → DMA → SRAM 的路径，CPU 只需在一批数据完成后处理结果。
2.2 存储器映像
“存储器映像”是把 Flash、SRAM、外设寄存器等资源统一放进一个 32 位地址空间。CPU 执行的仍是普通读写指令，地址落在哪个区域，总线矩阵就把请求送到哪个模块。
| 地址区域（常用范围） | 主要内容 | 典型用途 |
|---|---|---|
0x0000_0000 起 | 启动区别名 | 根据 BOOT 配置映射到 Flash、系统存储器或 SRAM |
0x0800_0000 起 | 片上 Flash | 程序代码、只读常量、中断向量表 |
0x2000_0000 起 | 片上 SRAM | 全局变量、局部变量、栈、堆、DMA 缓冲区 |
0x4000_0000 起 | 片上外设 | RCC、GPIO、USART、TIM、ADC 等寄存器 |
0x6000_0000 起 | FSMC 外部存储器区域 | 外部 SRAM、NOR、NAND、LCD 等 |
以 GPIOB 为例，程序中的 GPIOB->ODR 最终会被编译成对某个固定地址的访问。结构体成员 ODR 只是让寄存器地址和含义更易读；真正发生的动作仍是总线对寄存器的读写。
Flash 与 SRAM 的分工也要说得更精确：程序通常存放在 Flash，但运行时不只是“代码在 Flash、数据在 SRAM”。只读常量也可在 Flash 中，已初始化的可写变量在启动阶段会从 Flash 的初值区复制到 SRAM，未初始化变量所在的 .bss 会被清零。
三、单片机芯片内部外设
“片上外设”是相对 Cortex-M3 内核而言的功能模块，包括 GPIO、ADC、DAC、定时器、USART、SPI、I²C、CAN、USB、DMA、看门狗等。Flash 和 SRAM 更准确地说属于片上存储器，不宜与 GPIO、USART 一概称作外设。
常见总线归属如下：
| 总线 | STM32F103 常见模块 | 特点 |
|---|---|---|
| AHB | DMA、CRC、FSMC、SDIO、Flash 接口 | 数据吞吐量较高 |
| APB1 | TIM2～TIM7、USART2/3、I²C、SPI2/3、CAN、USB、DAC、PWR、BKP | PCLK1 最高 36 MHz |
| APB2 | AFIO、GPIOA～GPIOG、ADC1/2/3、TIM1/8、SPI1、USART1 | PCLK2 最高 72 MHz |
片上外设与板上器件也要区分：GPIO、USART 是芯片内部模块；LED、按键、蜂鸣器、光敏模块是开发板或外接器件，二者通过芯片引脚连接。
课程画面还对比了互联型产品。STM32F105/107 的系统框图会出现 Ethernet MAC、USB OTG FS 等互联功能；STM32F103ZET6 具有 USB 全速设备接口和 CAN，但没有片上以太网 MAC。选型时应以具体型号的数据手册为准，不能仅凭“STM32F1”这一大类推断外设。