STM32与单片机：性能优化技巧，让你嵌入式系统飞速提升

# 1. STM32与单片机简介

STM32是一款32位微控制器，由意法半导体（STMicroelectronics）公司开发。它基于ARM Cortex-M内核，具有高性能、低功耗和丰富的外设。单片机是一种集成在单个芯片上的微型计算机，它包含CPU、存储器和各种外设。

STM32和单片机在嵌入式系统中广泛应用，如工业控制、医疗设备、汽车电子和物联网设备。它们具有以下共同特征：

- **低功耗：**STM32和单片机都采用低功耗设计，适合电池供电设备。
- **高性能：**STM32基于ARM Cortex-M内核，具有较高的处理能力。
- **丰富的外设：**STM32和单片机都集成了丰富的通信、定时器、ADC和DAC等外设。

# 2. STM32性能优化技巧

### 2.1 时钟管理

时钟管理是STM32性能优化中的关键因素，它影响着整个系统的运行速度和功耗。STM32提供了一系列时钟配置选项，通过合理配置时钟树，可以有效提升系统性能。

#### 2.1.1 时钟树配置

STM32的时钟树由多个时钟源组成，包括高速外部时钟（HSE）、中速外部时钟（HSI）、低速内部时钟（LSI）和实时时钟（RTC）。通过配置时钟树，可以选择合适的时钟源并调整时钟频率，以满足不同外设和应用的需求。

// 配置时钟树，使用 HSE 作为系统时钟
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLDIV = RCC_PLL_DIV3;
HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);

// 配置时钟树，使用 HSI 作为系统时钟
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLDIV = RCC_PLL_DIV3;
HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);

#### 2.1.2 动态时钟切换

STM32支持动态时钟切换，允许在运行时根据不同的性能需求切换系统时钟。例如，在高负载情况下，可以切换到高速时钟以提高性能，而在低功耗情况下，可以切换到低速时钟以节省功耗。

// 动态时钟切换，切换到高速时钟
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2);

// 动态时钟切换，切换到低速时钟
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0);

### 2.2 内存优化

内存优化是STM32性能优化中的另一个重要方面。STM32提供多种内存类型，包括SRAM、Flash和EEPROM。通过合理配置和使用内存，可以提高数据访问速度和减少功耗。

#### 2.2.1 DMA传输

DMA（直接内存访问）是一种硬件机制，允许外设直接访问内存，无需CPU干预。通过使用DMA传输，可以减少CPU开销，提高数据传输速度。

// DMA传输，从外设读取数据到内存
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_rx;
HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_rx);
HAL_DMA_Start(&hdma_usart1_rx, (uint32_t)&USART1->DR, (uint32_t)data, 100);

// DMA传输，从内存写入数据到外设
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_tx;
HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_tx);