STM32硬件加速外设使用指南

# 1. STM32硬件加速外设概述**

STM32微控制器系列配备了丰富的硬件加速外设，旨在提高特定任务的性能和效率。这些外设与CPU并行工作，执行特定的功能，从而释放CPU资源，使其专注于其他关键任务。

硬件加速外设通常具有专门的寄存器和控制机制，允许开发人员通过软件编程配置和操作它们。这种设计方式提供了灵活性，使开发人员能够根据具体应用需求定制外设的行为。

# 2. STM32硬件加速外设编程基础**

**2.1 STM32硬件加速外设架构**

STM32微控制器集成了丰富的硬件加速外设，这些外设可以执行特定任务，减轻CPU的负担，提高系统性能。硬件加速外设的架构通常包括以下组件：

- **外设控制器：**负责管理外设的整体操作，包括配置、数据传输和中断处理。
- **寄存器组：**存储外设配置和状态信息，可通过软件访问和修改。
- **数据缓冲区：**用于存储与外设操作相关的数据，例如输入/输出数据、状态信息和控制命令。
- **中断控制器：**负责处理外设产生的中断，并向CPU发出中断请求。

**2.2 硬件加速外设寄存器操作**

寄存器是硬件加速外设与软件交互的主要手段。每个外设都有一个特定的寄存器组，用于配置外设、读取状态信息和控制操作。寄存器操作通常涉及以下步骤：

1. **确定外设寄存器地址：**每个寄存器都有一个唯一的地址，可通过参考外设数据手册获得。
2. **读取寄存器值：**通过使用特定指令（例如 LDW）从寄存器读取值。
3. **修改寄存器值：**通过使用特定指令（例如 STW）将新值写入寄存器。

**代码块：**

; 读取 TIM2 控制寄存器
LDW R1, TIM2_CR1

; 设置 TIM2 计数模式为向上计数
STW R1, TIM2_CR1

**逻辑分析：**

- 第一行指令从 TIM2 控制寄存器 (TIM2_CR1) 中读取值并将其存储在寄存器 R1 中。
- 第二行指令将 R1 中的值写入 TIM2 控制寄存器，将计数模式设置为向上计数。

**2.3 硬件加速外设中断处理**

中断是一种机制，允许外设在发生特定事件时通知CPU。当外设产生中断时，它会向中断控制器发送中断请求。中断控制器将中断请求转发给CPU，CPU暂停当前任务并执行中断服务程序。

STM32 中断处理涉及以下步骤：

1. **配置中断向量表：**中断向量表是一个存储中断服务程序地址的表。
2. **使能中断：**在中断控制器中使能特定外设的中断。
3. **编写中断服务程序：**编写代码来处理特定外设的中断。

**代码块：**

; 使能 TIM2 中断
SETBIT TIM2_DIER, TIM2_DIER_UIE

; TIM2 中断服务程序
TIM2_IRQ:
    ; 清除 TIM2 中断标志位
    CLRBIT TIM2_SR, TIM2_SR_UIF
    ; 执行中断处理代码
    ...
    RET

**逻辑分析：**

- 第一行指令使能 TIM2 更新中断。
- TIM2_IRQ 是 TIM2 中断服务程序的入口点。
- 中断服务程序清除 TIM2 中断标志位，然后执行中断处理代码。

# 3. STM32常见硬件加速外设应用

### 3.1 定时器外设应用

#### 3.1.1 定时器基本操作

STM32的定时器外设是一种多功能的硬件加速器，可用于生成精确的时间间隔、产生PWM信号和测量脉冲宽度。定时器外设由一个16位或32位计数器、一个预分频器和一个比较器组成。

**计数器**负责递增或递减计数，计数速率由预分频器控制。**预分频器**将时钟信号的频率除以一个可配置的因子，从而降低计数器的计数速率。**比较器**将计数器的值与一个可配置的比较值进行比较，当计数器值等于比较值时，会触发中断或生成PWM信号。

**代码块：**

// 初始化定时器3
TIM3->CR1 = 0x0000; // 复位定时器控制寄存器 1
TIM3->PSC = 7200 - 1; // 设置预分频器为 7200，时钟频率为 1MHz
TIM3->ARR = 1000 - 1; // 设置自动重装载寄存器为 1000，计数范围为 0-999
TIM3->CR1 |= 0x0001; // 启用定时器

**逻辑分析：**

* `TIM3->CR1 = 0x0000`：复位定时器控制寄存器 1，清除所有设置。
* `TIM3->PSC = 7200 - 1`：将预分频器设置为 7200，即时钟频率为 1MHz / 7200 = 138.89Hz。
* `TIM3->ARR = 1000 - 1`：将自动重装载寄存器设置为 1000，即计数范围为 0-999。
* `TIM3->CR1 |= 0x0001`：启用定时器，开始计数。

#### 3.1.2 定时器中断应用

定时器外设可以产生中断，当计数器值等于比较值时触发。中断处理程序可以执行特定的任务，例如更新 LED 状态或传输数据。

**代码块：**

// 配置定时器 3 中断
NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn); // 启用定时器 3 中断
TIM3->DIER |= 0x0001; // 启用更新中断

**逻辑分析：**

* `NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn)`：启用定时器 3 中断，允许中断控制器将定时器 3 中断路由到 CPU。
* `TIM3->DIER |= 0x0001`：启用更新中断，当计数器值等于比较值时触发中断。

### 3.2 DMA外设应用

#### 3.2.1 DMA基本操作

DMA（直接内存访问）外设是一种硬件加速器，可实现外设和内存之间的直接数据传输，无需 CPU 干预。DMA外设由一个源地址寄存器、一个目标地址寄存器、一个传输长度寄存器和一个控制寄存器组成。

**源地址寄存器**指定数据源的地址，**目标地址寄存器**指定数据目的地的地址，**传输长度寄存器**指定要传输的数据量，**控制寄存器**配置 DMA 传输的各种设置。

**代码块：**

// 初始化 DMA1 通道 1
DMA1_Channel1->CCR = 0x0000; // 复位 DMA 控制寄存器
DMA1_Channel1->CPAR = (uint32_t)&source_buffer; // 设置源地址
DMA1_Channel1->CMAR