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GD32F30x:Cortex-M43微控制器系统与存储架构详解
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更新于2024-06-27
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GD32F30x用户手册是GigaDevice半导体公司为基于Arm Cortex-M4的32位微控制器GD32F30x设计的一份详细文档,适用于2.7版本,发布日期为2021年12月。该手册涵盖了系统架构、存储器管理、闪存控制器(FMC)等多个核心功能。
首先,手册介绍了系统的架构,其中Cortex-M4处理器是微控制器的核心,负责执行指令和处理数据。它拥有IBUS、DBUS和SBUS三种总线,分别对应指令、数据和系统访问,用于与各个模块高效通信。IBUS从代码存储区获取指令,DBUS负责数据的加载和存储,以及调试访问,而SBUS则支持更广泛的系统访问。
存储器映射部分详细描述了片上SRAM(静态随机存取存储器)和Flash存储器的布局,以及位带操作的实现。引导配置和设备电子签名部分涉及如何初始化和验证设备,包括内存容量信息和设备唯一ID,这些对于设备的安全性和一致性至关重要。
闪存控制器FMC是手册的重点,它负责管理和操作非易失性存储器。FMC具有多种功能,如闪存结构、读写操作、页面和整片擦除,以及编程。FMC提供了多个寄存器,如FMC_CTLx、FMC_KEYx、FMC_ADDRx等,用于控制擦除、编程操作,以及状态监测。安全性是FMC的重要特性,包括页擦除/编程保护和安全保护机制。
此外,手册还提到APB1和APB2两条APB总线,它们连接APB外设,APB1限速60MHz,APB2运行在全速模式。FMC与其他接口模块,如FMC-I(闪存存储器控制器指令总线)、FMC-D(数据总线)、SRAM、EXMC(外部存储器控制器)以及AHB互联矩阵的交互也有所阐述。
GD32F30x用户手册提供了深入的硬件和系统级指导,适合开发人员进行硬件配置、软件开发以及理解和优化微控制器性能。对于使用这款微控制器的工程师来说,这份手册是不可或缺的技术参考文档。
GD32F30x 用户手册
16
23.3. 功能描述 ..................................................................................................................... 649
23.3.1. 接口配置 ........................................................................................................................................... 649
23.3.2. MAC 功能简介 ................................................................................................................................. 652
23.3.3. MAC 统计计数器:MSC ................................................................................................................ 662
23.3.4. 唤醒管理:WUM ............................................................................................................................. 662
23.3.5. 精确时间协议:PTP ....................................................................................................................... 665
23.3.6. DMA 控制器描述 ............................................................................................................................. 668
23.3.7. 典型的以太网配置流程示例 ........................................................................................................... 690
23.3.8. 以太网中断 ....................................................................................................................................... 691
23.4. ENET 寄存器 ................................................................................................................ 694
23.4.1. MAC 配置寄存器 (ENET_MAC_CFG) ........................................................................................ 694
23.4.2. MAC 帧过滤器寄存器 (ENET_MAC_FRMF) .............................................................................. 696
23.4.3. MAC hash 列表高寄存器 (ENET_MAC_HLH) ........................................................................... 698
23.4.4. MAC hash 列表低寄存器 (ENET_MAC_HLL) ............................................................................ 698
23.4.5. MAC PHY 控制寄存器 (ENET_MAC_PHY_CTL) ...................................................................... 699
23.4.6. MAC MII 数据寄存器 (ENET_MAC_PHY_DATA) ...................................................................... 699
23.4.7. MAC 流控寄存器 (ENET_MAC_FCTL) ....................................................................................... 700
23.4.8. MAC VLAN 标签寄存器 (ENET_MAC_VLT) .............................................................................. 701
23.4.9. MAC 远程唤醒帧过滤器寄存器 (ENET_MAC_RWFF) ............................................................. 702
23.4.10. MAC 唤醒管理寄存器 (ENET_MAC_WUM) ........................................................................... 703
23.4.11. MAC 调试寄存器 (ENET_MAC_DBG) .................................................................................... 704
23.4.12. MAC 中断状态寄存器 (ENET_MAC_INTF) ............................................................................ 706
23.4.13. MAC 中断屏蔽寄存器 (ENET_MAC_INTMSK)...................................................................... 707
23.4.14. MAC 地址 0 高寄存器 (ENET_MAC_ADDR0H) .................................................................... 707
23.4.15. MAC 地址 0 低寄存器 (ENET_MAC_ADDR0L) ..................................................................... 708
23.4.16. MAC 地址 1 高寄存器 (ENET_MAC_ADDR1H) .................................................................... 708
23.4.17. MAC 地址 1 低寄存器 (ENET_MAC_ADDR1L) ..................................................................... 709
23.4.18. MAC 地址 2 高寄存器 (ENET_ MAC_ADDR2H) ................................................................... 709
23.4.19. MAC 地址 2 低寄存器 (ENET_MAC_ADDR2L) ..................................................................... 710
23.4.20. MAC 地址 3 高寄存器 (ENET_MAC_ADDR3H) .................................................................... 711
23.4.21. MAC 地址 3 低寄存器 (ENET_MAC_ADDR3L) ..................................................................... 711
23.4.22. MAC 流控阈值寄存器 (ENET_MAC_FCTH) .......................................................................... 712
23.4.23. MSC 控制寄存器 (ENET_MSC_CTL) ..................................................................................... 713
23.4.24. MSC 接收中断状态寄存器 (ENET_MSC_RINTF) ................................................................. 714
23.4.25. MSC 发送中断状态寄存器 (ENET_MSC_TINTF) ................................................................. 714
23.4.26. MSC 接收中断屏蔽寄存器 (ENET_MSC_RINTMSK) ........................................................... 715
23.4.27. MSC 发送中断屏蔽寄存器 (ENET_MSC_TINTMSK) ........................................................... 716
23.4.28. MSC 1 次冲突后发送”好”帧的计数器寄存器 (ENET_MSC_SCCNT) ................................. 717
23.4.29. MSC 1 次以上冲突后发送”好”帧的计数器寄存器 (ENET_MSC_MSCCNT) ...................... 717
23.4.30. MSC 发送”好”帧计数器寄存器 (ENET_MSC_TGFCNT) ...................................................... 717
23.4.31. MSC CRC 错误接收帧计数器寄存器 (ENET_MSC_RFCECNT) ........................................ 718
23.4.32. MSC 对齐错误接收帧计数器寄存器 (ENET_MSC_RFAECNT) .......................................... 718
23.4.33. MSC“好”单播帧接收帧计数器寄存器 (ENET_MSC_RGUFCNT) ........................................ 719
GD32F30x 用户手册
17
23.4.34. PTP 时间戳控制寄存器 (ENET_PTP_TSCTL) ...................................................................... 719
23.4.35. PTP 亚秒递增寄存器 (ENET_PTP_SSINC) ........................................................................... 722
23.4.36. PTP 时间戳高寄存器 (ENET_PTP_TSH) ............................................................................... 722
23.4.37. PTP 时间戳低寄存器 (ENET_PTP_TSL) ............................................................................... 722
23.4.38. PTP 时间戳高更新寄存器 (ENET_PTP_TSUH) .................................................................... 723
23.4.39. PTP 时间戳低更新寄存器(ENET_PTP_TSUL) ....................................................................... 724
23.4.40. PTP 时间戳加数寄存器 (ENET_PTP_TSADDEND) ............................................................. 724
23.4.41. PTP 期望时间高寄存器 (ENET_PTP_ETH) ........................................................................... 725
23.4.42. PTP 期望时间低寄存器 (ENET_PTP_ETL) ........................................................................... 725
23.4.43. PTP 时间戳标志寄存器 (ENET_PTP_TSF) ........................................................................... 725
23.4.44. PTP PPS 控制寄存器 (ENET_PTP_PPSCTL) ...................................................................... 726
23.4.45. DMA 总线控制寄存器 (ENET_DMA_BCTL) .......................................................................... 727
23.4.46. DMA 发送查询使能寄存器 (ENET_DMA_TPEN) .................................................................. 729
23.4.47. DMA 接收查询使能寄存器 (ENET_DMA_RPEN) .................................................................. 729
23.4.48. DMA 接收描述符列表地址寄存器 (ENET_DMA_RDTADDR) .............................................. 730
23.4.49. DMA 发送描述符列表地址寄存器 (ENET_DMA_TDTADDR) .............................................. 730
23.4.50. DMA 状态寄存器 (ENET_DMA_STAT) ................................................................................... 731
23.4.51. DMA 控制寄存器 (ENET_DMA_CTL) ..................................................................................... 734
23.4.52. DMA 中断使能寄存器 (ENET_DMA_INTEN) ......................................................................... 737
23.4.53. DMA 丢失帧和缓存溢出计数器寄存器 (ENET_DMA_MFBOCNT) ..................................... 739
23.4.54. DMA 接收状态看门狗计数器寄存器 (ENET_DMA_RSWDC) .............................................. 739
23.4.55. DMA 当前发送描述符地址寄存器 (ENET_DMA_CTDADDR) ............................................. 740
23.4.56. DMA 当前接收描述符地址寄存器 (ENET_DMA_CRDADDR) ............................................. 740
23.4.57. DMA 当前发送缓存地址寄存器 (ENET_DMA_CTBADDR) ................................................. 741
23.4.58. DMA 当前接收缓存地址寄存器 (ENET_DMA_CRBADDR) ................................................. 741
24. 通用串行总线全速设备接口(USBD) .................................................................. 742
24.1. 概述 ............................................................................................................................. 742
24.2. 主要特性 ..................................................................................................................... 742
24.3. 模块图 ......................................................................................................................... 742
24.4. 信号描述 ..................................................................................................................... 743
24.5. 时钟配置 ..................................................................................................................... 743
24.6. 功能描述 ..................................................................................................................... 743
24.6.1. USB 端点 .......................................................................................................................................... 743
24.6.2. USB 传输 .......................................................................................................................................... 746
24.6.3. USB 事件与中断 .............................................................................................................................. 748
24.6.4. 操作指南 ........................................................................................................................................... 750
24.7. USBD 寄存器 ................................................................................................................ 752
24.7.1. USBD 控制寄存器 (USBD_CTL) .................................................................................................. 752
24.7.2. USBD 中断标志寄存器 (USBD_INTF) ........................................................................................ 754
24.7.3. USBD 状态寄存器 (USBD_STAT) .............................................................................................. 755
24.7.4. USBD 设备地址寄存器 (USBD_ADDR) ..................................................................................... 755
GD32F30x 用户手册
18
24.7.5. USBD 缓冲器地址寄存器 (USBD_BADDR) .............................................................................. 756
24.7.6. USBD 端点 x 控制/状态寄存器 (USB_EPxCS), x=[0..7] ......................................................... 756
24.7.7. USBD 端点 x 发送缓冲地址寄存器 (USBD_EPxTBADDR), x=[0…7] .................................... 758
24.7.8. USBD 端点 x 发送缓冲区字节数目寄存器 (USBD_EPxTBCNT) x=[0…7] ............................ 758
24.7.9. USBD 端点 x 接收缓冲器地址寄存器 (USBD_EPxRBADDR) x=[0…7] ................................ 759
24.7.10. USBD 端点 x 接收缓冲区字节数目寄存器 n (USBD_EPxRBCNT) x=[0…7] ..................... 759
24.7.11. USBD LPM 控制和状态寄存器 (USBD_LPMCS) ................................................................. 759
25. 通用串行总线全速接口(USBFS) ....................................................................... 761
25.1. 概述 ............................................................................................................................. 761
25.2. 主要特性 ..................................................................................................................... 761
25.3. 结构框图 ..................................................................................................................... 762
25.4. 信号线描述 .................................................................................................................. 762
25.5. 功能描述 ..................................................................................................................... 762
25.5.1. USBFS 时钟及工作模式 ................................................................................................................. 762
25.5.2. USB 主机功能 .................................................................................................................................. 764
25.5.3. USB 设备功能 .................................................................................................................................. 766
25.5.4. OTG 功能概述 ................................................................................................................................. 767
25.5.5. 数据 FIFO ......................................................................................................................................... 768
25.5.6. 操作手册 ........................................................................................................................................... 770
25.6. 中断 ............................................................................................................................. 773
25.7. USBFS 寄存器 ............................................................................................................... 775
25.7.1. 全局控制与状态寄存器组 ............................................................................................................... 775
25.7.2. 主机控制和状态寄存器 ................................................................................................................... 795
25.7.3. 设备控制和状态寄存器 ................................................................................................................... 807
25.7.4. 电源和时钟控制寄存器 (USBFS_PWRCLKCTL)....................................................................... 829
26. 版本历史 .................................................................................................................. 830
GD32F30x 用户手册
19
图索引
图 1-1. Cortex
®
-M4 结构框图 ............................................................................................................................ 31
图 1-2. GD32F303 系列的系列架构 .................................................................................................................. 33
图 1-3. GD32F305 和 GD32F307 系列的系统架构 .......................................................................................... 34
图 2-1. 页擦除操作流程 ..................................................................................................................................... 47
图 2-2. 整片擦除操作流程 ................................................................................................................................. 48
图 2-3. 字编程操作流程 ..................................................................................................................................... 49
图 3-1. 电源域概览 ............................................................................................................................................. 63
图 3-2. 上电/掉电复位波形图 ............................................................................................................................ 65
图 3-3. LVD 阈值波形图 ..................................................................................................................................... 65
图 5-1. 系统复位电路 ......................................................................................................................................... 78
图 5-2. 时钟树 .................................................................................................................................................... 79
图 5-3. HXTAL 时钟源 ........................................................................................................................................ 80
图 5-4. 系统复位电路 ....................................................................................................................................... 112
图 5-5. 时钟树 .................................................................................................................................................. 113
图 5-6. HXTAL 时钟源 ...................................................................................................................................... 114
图 6-1. CTC 简介 .............................................................................................................................................. 150
图 6-2. CTC 校准计数器 ................................................................................................................................... 151
图 7-1. EXTI 框图 .............................................................................................................................................. 163
图 8-1. 标准 I/O 端口位的基本结构 ................................................................................................................. 169
图 8-2. 输入配置 .............................................................................................................................................. 170
图 8-3. 输出配置 .............................................................................................................................................. 171
图 8-4. 模拟配置 .............................................................................................................................................. 171
图 8-5. 备用功能配置 ....................................................................................................................................... 172
图 9-1. CRC 计算单元框图 ............................................................................................................................... 202
图 10-1. DMA 结构框图 .................................................................................................................................... 207
图 10-2. 握手机制 ............................................................................................................................................ 209
图 10-3. DMA 中断逻辑图 ................................................................................................................................ 211
图 10-4. DMA0 请求映射 ................................................................................................................................. 212
图 10-5. DMA1 请求映射 .................................................................................................................................. 213
图 12-1. ADC 模块框图 .................................................................................................................................... 230
图 12-2. 单次转换模式 ..................................................................................................................................... 231
图 12-3. 连续转换模式 ..................................................................................................................................... 232
图 12-4. 扫描转换模式,且连续转换模式失能 ............................................................................................... 233
图 12-5. 扫描转换模式,连续转换模式使能................................................................................................... 234
图 12-6. 间断转换模式 ..................................................................................................................................... 234
图 12-7. 自动注入,CNT=1 ............................................................................................................................ 235
图 12-8. 触发注入 ............................................................................................................................................ 235
图 12-9. 12 位数据对齐 .................................................................................................................................... 236
图 12-10. 6 位数据对齐 .................................................................................................................................... 236
图 12-11. 20 位到 16 位的结果截断 ................................................................................................................. 240
GD32F30x 用户手册
20
图 12-12. 右移 5 位和取整的数例 ................................................................................................................... 240
图 12-13. ADC 同步框图 .................................................................................................................................. 242
图 12-14. 基于 16 个通道的规则并行模式 ...................................................................................................... 243
图 12-15. 4 个通道的注入并行模式 ................................................................................................................. 243
图 12-16. 一个采用连续转换模式通道上的快速交叉模式 ............................................................................. 244
图 12-17. 一个采用连续转换模式通道上的慢速交叉模式 ............................................................................. 244
图 12-18. 交替触发: 注入通道组 .................................................................................................................... 245
图 12-19. 交替触发:间断模式下注入通道组 ................................................................................................... 245
图 12-20. 规则并行和交替触发组合模式 ........................................................................................................ 246
图 12-21. 在注入转换过程中触发出现 ............................................................................................................ 246
图 12-22. 交叉的单通道转换被注入序列 CH1 和 CH2 中断 .......................................................................... 246
图 13-1. DAC 结构框图 ................................................................................................................................... 262
图 13-2. DAC LFSR 算法 ................................................................................................................................. 264
图 13-3. DAC 三角噪声模式生成的波形 ......................................................................................................... 265
图 14-1. 独立看门狗定时器框图 ...................................................................................................................... 276
图 14-2. 窗口看门狗定时器框图 ...................................................................................................................... 281
图 14-3. 窗口看门狗定时器时序图 .................................................................................................................. 282
图 15-1. RTC 框图 ............................................................................................................................................ 287
图 15-2. RTC 秒信号及闹钟信号的波形 (RTC_PSC = 3,RTC_ ALRM = 2) ................................................ 288
图 15-3. RTC 秒信号及溢出信号的波形(RTC_PSC = 3) ............................................................................... 288
图 16-1. 高级定时器结构框图 ......................................................................................................................... 296
图 16-2. 内部时钟分频为 1 时正常模式下的控制电路 ................................................................................... 297
图 16-3. 当预分频器的参数从 1 变到 2 时,计数器的时序图 ....................................................................... 298
图 16-4. 向上计数时序图,PSC=0/1 .............................................................................................................. 299
图 16-5. 向上计数时序图,在运行时改变 TIMERx_CAR 寄存器的值 ......................................................... 300
图 16-6. 向下计数时序图,PSC=0/1 .............................................................................................................. 301
图 16-7. 向下计数时序图,在运行时改变 TIMERx_CAR 寄存器值 ............................................................. 302
图 16-8. 中央计数模式计数器时序图 .............................................................................................................. 303
图 16-9. 中央计数模式下计数器重复时序图................................................................................................... 304
图 16-10. 在向上计数模式下计数器重复时序图 ............................................................................................. 304
图 16-11. 在向下计数模式下计数器重复时序图 ............................................................................................. 305
图 16-12. 输入捕获逻辑 ................................................................................................................................... 306
图 16-13. 三种输出比较模式 ........................................................................................................................... 308
图 16-14. EAPWM 时序图 ............................................................................................................................... 309
图 16-15. CAPWM 时序图 ............................................................................................................................... 309
图 16-16. 带死区时间的互补输出 ................................................................................................................... 312
图 16-17. 通道响应中止输入(高电平有效)时,输出信号的行为 .............................................................. 313
图 16-18. 编码器接口模式下计数器运行例子 ................................................................................................ 314
图 16-19. CI0FE0 极性反相的编码器接口模式下的例子 ................................................................................ 314
图 16-20. 霍尔传感器用在 BLDC 电机控制中 ............................................................................................... 315
图 16-21. 两个定时器之间的霍尔传感器时序图 ............................................................................................. 316
图 16-22. 复位模式下的控制电路 ................................................................................................................... 317
图 16-23. 暂停模式下的控制电路 ................................................................................................................... 317
图 16-24. 事件模式下的控制电路 ................................................................................................................... 318
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