stm32之存储系统

一、STM32系统结构

要想深刻理解STM32的存储器，需要首先知道STM32的系统结构。

如Figure 1，是STM32系统结构框图。

　　根据STM32 Reference manual (RM0008)中的描述，如图：

　　可以得知STM32系统结构的组成，每一个模块更为详细的内容，请参考相关文档。

　　RM0008文档中可以看出，STM32采用的是Cortex-M3内核，因此，有必要了解Cortex-M3的存储器结构。

图中还可以看出，Cortex-M3是通过各个总线和Flash、SROM相连接的。

二、STM32内核（Cortex-M3）的结构

以下是Cortex-M3模块框图：

　　该Cortex-M3内核通过I-Code、D-Code、System总线与STM32内部的Flash、SROM相连接的，该种连接情况直接关系到STM32存

储器的结构组织；也就是说，Cortex-M3的存储器结构决定了STM32的存储器结构。

　　这里可能说的比较笼统，可以这样理解：Cortex-M3是一个内核，自身定义了一个存储器结构，ST公司按照Cortex-M3的这个存储器

定义，设计出了自己的存储器结构；但是ST公司的STM32的存储器结构必须按照Cortex-M3这个定义的存储器结构来进行设计。

　　举个例子：

　　我买了一个做饭的调料盒子，有三块区域（假设存储器分为3块），上面分别标有盐（Flash）、糖（SROM）、味精（Peripheral）；

此时，该调料盒子并没有任何意义（对应Cortex-M3内核）；我按照标签放入特定品牌、特定分量的盐（Flash）、糖（SROM）、味精

（Peripheral），产生一个有实际意义的调料盒（各类Cortex-M3内核的芯片，如STM32）。

　　期间，调料位置不能放错，但可以不放。由上面的例子可以看出，空的调料盒子决定了有意义的调料盒子存放调料的结构。因此，只

要了解空盒子的存储结构，就可以很清楚的明白当有调料时的用法了。

三、STM32内核（Cortex-M3）的存储器映射

　　存储器映射是指把芯片中或芯片外的FLASH，RAM，外设，BOOTBLOCK等进行统一编址。即用地址来表示对象。这个地址绝大多数

是由厂家规定好的，用户只能用而不能改。用户只能在挂外部RAM或FLASH的情况下可进行自定义。

　　如图，是Cortex-M3存储器映射结构图。

　　Cortex-M3是32位的内核，因此其PC指针可以指向2^32=4G的地址空间，也就是0x0000_0000——0xFFFF_FFFF这一大块空间。

　　好，根据图中描述，Cortex-M3内核将0x0000_0000——0xFFFF_FFFF这块4G大小的空间分成8大块：代码、SRAM、外设、外部RAM、

外部设备、专用外设总线-内部、专用外设总线-外部、特定厂商等。导致了，使用该内核的芯片厂家必须按照这个进行各自芯片的存储器结

构设计。这就可以去了解STM32的存储器结构，以及为什么这样设计STM32存储器的结构了。

四、STM32存储器结构

　　首先，我们对比一下Cortex-M3存储器结构和STM32存储器结构：

　　图中可以很清晰的看到，STM32的存储器结构和Cortex-M3的很相似，不同的是，STM32加入了很多实际的东西，如：Flash、

SRAM等。只有加入了这些东西，才能成为一个拥有实际意义的、可以工作的处理芯片——STM32。

　　STM32的存储器地址空间被划分为大小相等的8块区域，每块区域大小为512MB。对STM32存储器知识的掌握，实际上就是对

Flash和SRAM这两个区域知识的掌握。因此，下面将重点描述Flash和SRAM的知识。

五、STM32的SRAM

　　以下是STM32参考手册RM0008中的一段原话：

　　不同类型的STM32单片机的SRAM大小是不一样的，但是他们的起始地址都是0x2000 0000，终止地址都是0x2000 0000+其固定

的容量大小。

　　SRAM的理解比较简单，其作用是用来存取各种动态的输入输出数据、中间计算结果以及与外部存储器交换的数据和暂存数据。设

备断电后，SRAM中存储的数据就会丢失。

六、STM32的Flash

　　STM32的Flash，严格说，应该是Flash模块。

　　该Flash模块包括：Flash主存储区（Main memory）、Flash信息区（Information block），以及Flash存储接口寄存器区

（Flash memory interface）。三个组成部分分别在0x0000 0000——0xFFFF FFFF不同的区域，如图（小密度的STM32）所示：

　　图中完全可以看出Flash模块中的三个组成部分在整个存储器中的位置。

　　具体的内部区域的意义及功能请参见编程手册PM0042，里面很详细。

七、STM32存储器结构总结

　　图中淡蓝色就是你需要知道的。

• Peripherals：外设的存储器映射，对该区域操作，就是对相应的外设进行操作；
• SRAM：运行时临时存放代码的地方；
• Flash：存放代码的地方；
• System Memory：STM32出厂时自带的你只能使用，不能写或擦除；
• Option Bytes：可以按照用户的需要进行配置（如配置看门狗为硬件实现还是软件实现）；

　　今后，你的编写代码、程序运行、寄存器设置、ICP、IAP都依靠这些东西。

　　注：IAP的实现可以看这两篇文章：

• 《STM32存储器知识的相关应用（IAP、Bit Banding）》

• 《STM32实现IAP（上位机和IAP程序设计）》

八、MPU/MMU

MMU原理

　　MPU的功能：MPU（Memory Protection Unit）内存保护单元，是ARM Cortex M 架构中设计的一个专门的硬件模块，目的是实施

对存储器的保护，从而使软件更加健壮可靠。MPU 可以对存储器（SRAM 或外设）的访问进行限制，这样可以限制程序的某些非法行为。

MPU 从某种意义上说，是MMU 的简化版本，MMU 通常出现在较为高端的芯片中，如ARM9，A8。MMU 支持虚拟内存机制，但对于

MCU 来说，其应用领域常常是对实时性要求高的控制领域，MMU 固然好，但由于引入虚拟内存机制，导致实时性的下降。MPU 很好的

解决了这个问题，它既可以起到MMU 的对存储器访问的保护作用，又去掉了虚拟内存机制，避免了实时性的下降。

九、FSMC

　　FSMC全称“灵活静态存储器控制器”，是STM32系列采用一种新型的存储器扩展技术，stm32通过FSMC可以与SRAM、ROM、PSRAM、

NOR Flash和NAND Flash等存储器的引脚直接相连。下图为FSMC的结构图：

　　stm32F4的FSMC把外部设备分为2类：NOR/PSRAM设备、NAND/PC卡设备，他们共用地址数据总线等信号，但是有不同的CS（片选）

信号来区分设备。从FSMC的角度，外部存储器被划分为4个固定大小的存储区域（Bank），每个存储区域的大小为256MB，共1GB空间，每

个存储区又分为4个区域，相当于带4个片选信号。如下图所示为FSMC存储器地址映射：

　　根据不同的外部设备，FSMC控制器设置的时序模型、位宽、时钟参数等也有所不同。根据FSMC分配的地址，我们就可以开始直接对外设操作了。

十、内存管理

　　采用的内存管理方法：分块式内存管理。其实现原理如下图：