STM32F7和STM32H7的完整编程指南_stm32h7中文手册

H7编程指南

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November 2017 DocID028474 Rev 4 1/252

PM0253

Programming manual

STM32F7 Series and STM32H7 Series Cortex

-M7 processor

programming manual

Introduction

This programming manual provides information for application and system-level software

developers. It gives a full description of the STM32F7 Series and STM32H7 Series Cortex

M7 processor programming model, instruction set and core peripherals.

The STM32F7 Series and STM32H7 Series Cortex

-M7 processor is a high performance

32-bit processor designed for the microcontroller market.

The Cortex

-M7 processor is the Arm

’s highest-performing Cortex

-M processor. It

combines a six-stage, superscalar pipeline with flexible system and memory interfaces

including AXI, AHB, caches and tightly-coupled memories, and delivers a high integer,

floating-point and DSP performance in the STM32F7 Series and STM32H7 Series MCUs. It

supports also dual-issue of load/load and load/store instruction pairs to multiple memory

interfaces.

The Cortex

-M7 processor takes advantage of the same easy-to-use, C friendly

programmer’s model and is 100% binary compatible with the existing Cortex

-M processors

and tools. Along with all Cortex

-M series processors, it enjoys full support from the Arm

Cortex

-M ecosystem. The software compatibility enables a simple migration from Cortex

M3 and Cortex

-M4 processors.

www.st.com

Contents PM0253

2/252 DocID028474 Rev 4

Contents

1 About this document . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.1 Typographical conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.2 List of abbreviations for registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.3 About the Cortex

-M7 processor and core peripherals . . . . . . . . . . . . . . 15

1.3.1 System level interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.3.2 Integrated configurable debug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.3.3 Cortex

-M7 processor features and benefits summary . . . . . . . . . . . . . 17

1.3.4 Cortex

-M7 processor core peripherals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2 The Cortex-M7 processor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.1 Programmers model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.1.1 Processor mode and privilege levels for software execution . . . . . . . . . 19

2.1.2 Stacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.1.3 Core registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.1.4 Exceptions and interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.1.5 Data types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.1.6 The Cortex Microcontroller Software Interface Standard (CMSIS) . . . . 29

2.2 Cortex

-M7 configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.3 Memory model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.3.1 Memory regions, types and attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.3.2 Memory system ordering of memory accesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.3.3 Behavior of memory accesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.3.4 Software ordering of memory accesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3.5 Memory endianness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3.6 Synchronization primitives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.3.7 Programming hints for the synchronization primitives . . . . . . . . . . . . . . 38

2.4 Exception model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.4.1 Exception states . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.4.2 Exception types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.4.3 Exception handlers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.4.4 Vector table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.4.5 Exception priorities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.4.6 Interrupt priority grouping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.4.7 Exception entry and return . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

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PM0253 Contents

2.5 Fault handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.5.1 Fault types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.5.2 Fault escalation and hard faults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

2.5.3 Synchronous and Asynchronous bus faults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.5.4 Fault status registers and fault address registers . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.5.5 Lockup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.6 Power management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

2.6.1 Entering sleep mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

2.6.2 Wakeup from sleep mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

2.6.3 The external event input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

2.6.4 Power management programming hints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3 The Cortex-M7 instruction set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.1 Instruction set summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.1.1 Binary compatibility with other Cortex processors . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.2 CMSIS functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.3 About the instruction descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.3.1 Operands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.3.2 Restrictions when using PC or SP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.3.3 Flexible second operand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.3.4 Shift operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.3.5 Address alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.3.6 PC-relative expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.3.7 Conditional execution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.3.8 Instruction width selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.4 Memory access instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

3.4.1 ADR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.4.2 LDR and STR, immediate offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.4.3 LDR and STR, register offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.4.4 LDR and STR, unprivileged . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.4.5 LDR, PC-relative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.4.6 LDM and STM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.4.7 PLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3.4.8 PUSH and POP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3.4.9 LDREX and STREX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.4.10 CLREX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Contents PM0253

4/252 DocID028474 Rev 4

3.5 General data processing instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

3.5.1 ADD, ADC, SUB, SBC, and RSB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.5.2 AND, ORR, EOR, BIC, and ORN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

3.5.3 ASR, LSL, LSR, ROR, and RRX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

3.5.4 CLZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3.5.5 CMP and CMN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

3.5.6 MOV and MVN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

3.5.7 MOVT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

3.5.8 REV, REV16, REVSH, and RBIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

3.5.9 SADD16 and SADD8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

3.5.10 SHADD16 and SHADD8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

3.5.11 SHASX and SHSAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.5.12 SHSUB16 and SHSUB8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

3.5.13 SSUB16 and SSUB8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.5.14 SASX and SSAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

3.5.15 TST and TEQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

3.5.16 UADD16 and UADD8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

3.5.17 UASX and USAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

3.5.18 UHADD16 and UHADD8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

3.5.19 UHASX and UHSAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

3.5.20 UHSUB16 and UHSUB8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

3.5.21 SEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

3.5.22 USAD8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

3.5.23 USADA8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

3.5.24 USUB16 and USUB8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

3.6 Multiply and divide instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111

3.6.1 MUL, MLA, and MLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

3.6.2 UMULL, UMAAL, UMLAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

3.6.3 SMLA and SMLAW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

3.6.4 SMLAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

3.6.5 SMLAL and SMLALD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

3.6.6 SMLSD and SMLSLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

3.6.7 SMMLA and SMMLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

3.6.8 SMMUL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

3.6.9 SMUAD and SMUSD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

3.6.10 SMUL and SMULW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

3.6.11 UMULL, UMLAL, SMULL, and SMLAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

DocID028474 Rev 4 5/252

PM0253 Contents

3.6.12 SDIV and UDIV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

3.7 Saturating instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

3.7.1 SSAT and USAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

3.7.2 SSAT16 and USAT16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

3.7.3 QADD and QSUB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

3.7.4 QASX and QSAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

3.7.5 QDADD and QDSUB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

3.7.6 UQASX and UQSAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

3.7.7 UQADD and UQSUB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

3.8 Packing and unpacking instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

3.8.1 PKHBT and PKHTB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

3.8.2 SXT and UXT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

3.8.3 SXTA and UXTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

3.9 Bit field instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

3.9.1 BFC and BFI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

3.9.2 SBFX and UBFX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

3.9.3 SXT and UXT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

3.10 Branch and control instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

3.10.1 B, BL, BX, and BLX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

3.10.2 CBZ and CBNZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

3.10.3 IT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

3.10.4 TBB and TBH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

3.11 Floating-point instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

3.11.1 VABS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

3.11.2 VADD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

3.11.3 VCMP, VCMPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

3.11.4 VCVT, VCVTR between floating-point and integer . . . . . . . . . . . . . . . 155

3.11.5 VCVT between floating-point and fixed-point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

3.11.6 VCVTB, VCVTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

3.11.7 VDIV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

3.11.8 VFMA, VFMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

3.11.9 VFNMA, VFNMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

3.11.10 VLDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

3.11.11 VLDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

3.11.12 VMLA, VMLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

3.11.13 VMOV immediate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

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baotong1967

2018-09-19

Thank you very much!

weixin_38475690

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