51單片機和STM32單片機的結(jié)構(gòu)

我們先普及一個概念，單片機（即Microcontroller Unit；MCU)里面有什么。一個人最重要的是大腦，身體的各個部分都在大腦的指揮下工作。MCU跟人體很像，簡單來說是由一個最重要的內(nèi)核加其他外設(shè)組成，內(nèi)核就相當(dāng)于人的大腦，外設(shè)就如人體的各個功能器官。下面我們來簡單介紹下51單片機和STM32單片機的結(jié)構(gòu)。

1. 51系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

51系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

我們說的51一般是指51系列的單片機，型號有很多，常見的有STC89C51、AT89S51，其中國內(nèi)用的最多的是STC89C51/2，下面我們就以STC89C51來講解，并以51簡稱。

1. 內(nèi)核

51單片機由一個IP核和片上外設(shè)組成，IP核就是上圖中的CPU，片上外設(shè)就是上圖中的：時鐘電路、SFR和RAM、ROM、定時/計數(shù)器、并行I/O口、串行I/O口、中斷系統(tǒng)。IP核跟外設(shè)之間由系統(tǒng)總線連接，且是8bit的，速度有限。

51內(nèi)核是上個世紀(jì)70年代Intel公司設(shè)計的，速度只有12M，外設(shè)是IC廠商（STC）在內(nèi)核的基礎(chǔ)上添加的，不同的IC廠商會在內(nèi)核上添加不同的外設(shè)，從而設(shè)計出各具特色的單片機。這里Intel屬于IP核廠商，STC屬于IC廠商。我們后面要講的STM32也一樣，ARM屬于IP核廠商，ARM給ST授權(quán)，ST公司在Cortex-M3內(nèi)核的基礎(chǔ)上設(shè)計出STM32單片機。

2. 外設(shè)

我們在學(xué)習(xí)51的時候，關(guān)于內(nèi)核部分接觸的比較少，使用的最多的是片上外設(shè)，我們在編程的時候操作的也就是這些外設(shè)。

編程的時候操作的寄存器位于SFR和RAM這個部分，其中SFR（特殊功能寄存器）占有 128字節(jié)（實際上只用了 26 個字節(jié)，只有 26 個寄存器，其他都屬于保留區(qū)），RAM占有 128 字節(jié)，我們在程序中定義的變量就是放在RAM中。其中SFR和RAM在地址上是重合的，都是在80~FF地址區(qū)間，但在物理區(qū)間上是分開的，所以51的RAM是有256個字節(jié)。

編寫好的程序是燒寫到ROM區(qū)。剩下的外設(shè)都是我們非常熟悉的IO口，串口、定時器、中斷這幾個外設(shè)。

2. STM32系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

STM32系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1. 內(nèi)核

在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，STM32和51都屬于單片機，都是由內(nèi)核和片上外設(shè)組成。只是STM32使用的Cortex-M3內(nèi)核比51復(fù)雜得多，優(yōu)秀得多，支持的外設(shè)也比51多得多，同時總線寬度也上升到32bit，無論速度、功耗、外設(shè)都強于51。

從結(jié)構(gòu)框圖上看，對比51內(nèi)核只有一種總線，取指和取數(shù)共用。Cortex-M3內(nèi)部有若干個總線接口，以使CM3能同時取址和訪內(nèi)（訪問內(nèi)存），它們是：

指令存儲區(qū)總線（兩條）、系統(tǒng)總線、私有外設(shè)總線。有兩條代碼存儲區(qū)總線負(fù)責(zé)對代碼存儲區(qū)（即FLASH外設(shè)）的訪問，分別是I-Code總線和D-Code總線。

I-Code用于取指，D-Code用于查表等操作，它們按最佳執(zhí)行速度進行優(yōu)化。

系統(tǒng)總線（System）用于訪問內(nèi)存和外設(shè)，覆蓋的區(qū)域包括SRAM，片上外設(shè)，片外RAM，片外擴展設(shè)備，以及系統(tǒng)級存儲區(qū)的部分空間。

私有外設(shè)總線負(fù)責(zé)一部分私有外設(shè)的訪問，主要就是訪問調(diào)試組件。它們也在系統(tǒng)級存儲區(qū)。

還有一個DMA總線，從字面上看，DMA是data memory access的意思，是一種連接內(nèi)核和外設(shè)的橋梁，它可以訪問外設(shè)、內(nèi)存，傳輸不受CPU的控制，并且是雙向通信。簡而言之，這個家伙就是一個速度很快的且不受老大控制的數(shù)據(jù)搬運工，這個在51里面是沒有的。

2. 外設(shè)

從結(jié)構(gòu)框圖上看， STM32比51的外設(shè)多得多，51有的串口、定時器、IO口等外設(shè) STM32 都有。STM32還多了很多特色外設(shè)：如FSMC、SDIO、SPI、I2C等，這些外設(shè)按照速度的不同，分別掛載到AHB、APB2、APB1這三條總線上。

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