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GD32F20x系列Cortex-M3 MCU用户手册
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更新于2024-06-30
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"GD32F20x系列编程手册是GigaDevice Semiconductor Inc.针对其基于Arm Cortex-M3的32位微控制器所编写的用户手册,详细介绍了该系列MCU的系统架构、存储器配置、特别是闪存控制器的功能和其他关键特性。手册适用于软件开发人员和嵌入式系统工程师,帮助他们理解和利用GD32F20x芯片的高级功能进行高效编程和系统设计。"
在GD32F20x系列中,Arm Cortex-M3内核是核心计算单元,它提供了高性能的32位处理能力,适合实时应用。系统架构包括一系列外围模块和接口,它们通过总线矩阵与CPU交互,实现对存储器和外设的访问。存储器映射定义了各个组件在地址空间中的位置,使得软件能够定位并操作硬件资源。
GD32F20x的存储器配置包括位带操作,这允许直接修改地址空间中的位,简化了对某些低级别硬件操作的控制。片上SRAM提供快速的数据存储,而片上Flash则用于存储程序代码和数据,具有可编程的选项字节以支持不同配置设置。
启动选项配置部分涉及MCU的启动行为,如选择启动源(Flash、SRAM或其他外部存储器)和安全设置。设备电子签名包含产品容量信息和器件唯一ID,这些对于设备认证和固件更新是必要的。
闪存控制器(FMC)是手册的重点,它负责管理和控制闪存的读写操作。FMC支持读操作、页擦除、整片擦除以及编程功能,确保数据的安全性和可靠性。选项字节部分可以用来设置启动配置、安全保护和其他特定功能。寄存器如FMC_WS(等待状态寄存器)、FMC_KEYx(解锁寄存器)、FMC_OBKEY(选项字节操作解锁寄存器)等,用于控制和监控闪存操作状态,防止未经授权的访问或操作。
电源管理单元则讨论了MCU如何有效地管理电源消耗,这对于电池供电或低功耗应用至关重要。这些功能可能包括睡眠模式、待机模式和电压调节控制,以优化能源效率。
GD32F20x系列编程手册提供了详尽的硬件参考,涵盖了从系统级到寄存器级别的所有重要细节,是开发者设计和调试基于GD32F20x微控制器系统的必备资料。
GD32F20x 用户手册
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24.7. 特定操作 ..................................................................................................................... 610
24.7.1. SD I/O 特定操作 ............................................................................................................................. 610
24.7.2. CE-ATA 特定操作 ........................................................................................................................... 613
24.8. SDIO 寄存器 ................................................................................................................. 615
24.8.1. 电源控制寄存器(SDIO_PWRCTL) .......................................................................................... 615
24.8.2. 时钟控制寄存器(SDIO_CLKCTL) ............................................................................................ 615
24.8.3. 命令参数寄存器(SDIO_CMDAGMT) ....................................................................................... 616
24.8.4. 命令控制寄存器(SDIO_CMDCTL) ........................................................................................... 617
24.8.5. 命令索引响应寄存器(SDIO_RSPCMDIDX) ........................................................................... 618
24.8.6. 响应寄存器(SDIO_RESPx x=0..3) .......................................................................................... 619
24.8.7. 数据超时寄存器(SDIO_DATATO) ............................................................................................ 619
24.8.8. 数据长度寄存器(SDIO_DATALEN) ......................................................................................... 620
24.8.9. 数据控制寄存器(SDIO_DATACTL) .......................................................................................... 620
24.8.10. 数据计数寄存器(SDIO_DATACNT) ..................................................................................... 622
24.8.11. 状态寄存器(SDIO_STAT) ..................................................................................................... 622
24.8.12. 中断清除寄存器(SDIO_INTC) .............................................................................................. 624
24.8.13. 中断使能寄存器(SDIO_INTEN) ........................................................................................... 625
24.8.14. FIFO 计数寄存器(SDIO_FIFOCNT) .................................................................................... 627
24.8.15. FIFO 数据寄存器(SDIO_FIFO) ............................................................................................ 627
25. 外部存储器控制器(EXMC) ................................................................................. 629
25.1. 简介 ............................................................................................................................. 629
25.2. 主要特征 ..................................................................................................................... 629
25.3. 功能说明 ..................................................................................................................... 629
25.3.1. 结构框图 ........................................................................................................................................... 629
25.3.2. EXMC 访问基本规范 ...................................................................................................................... 630
25.3.3. 外部设备地址映射 ........................................................................................................................... 631
25.3.4. NOR/PSRAM 控制器 ...................................................................................................................... 634
25.3.5. NAND Flash 或 PC Card 控制器 ................................................................................................... 654
25.3.6. SDRAM 控制器................................................................................................................................ 658
25.4. EXMC 寄存器 .............................................................................................................. 669
25.4.1. NOR/PSRAM 控制器寄存器 .......................................................................................................... 669
25.4.2. NAND Flash/PC Card 控制器寄存器 ............................................................................................ 673
25.4.3. SDRAM 控制器寄存器 .................................................................................................................... 679
25.4.4. SQPI-PSRAM 控制器寄存器 ......................................................................................................... 686
26. 控制器局域网络(CAN) ....................................................................................... 690
26.1. 简介 ............................................................................................................................. 690
26.2. 主要特征 ..................................................................................................................... 690
26.3. 功能说明 ..................................................................................................................... 690
26.3.1. 工作模式 ........................................................................................................................................... 691
26.3.2. 通信模式 ........................................................................................................................................... 692
GD32F20x 用户手册
17
26.3.3. 数据发送 ........................................................................................................................................... 693
26.3.4. 数据接收 ........................................................................................................................................... 694
26.3.5. 过滤功能 ........................................................................................................................................... 695
26.3.6. 时间触发通信 ................................................................................................................................... 698
26.3.7. 通信参数 ........................................................................................................................................... 699
26.3.8. 错误标志 ........................................................................................................................................... 700
26.3.9. 中断 ................................................................................................................................................... 701
26.4. CAN 寄存器 .................................................................................................................. 702
26.4.1. 控制寄存器(CAN_CTL) ............................................................................................................. 702
26.4.2. 状态寄存器(CAN_STAT) ........................................................................................................... 703
26.4.3. 发送状态寄存器(CAN_TSTAT) ................................................................................................ 705
26.4.4. 接收 FIFO0 寄存器(CAN_RFIFO0) ......................................................................................... 707
26.4.5. 接收 FIFO1 寄存器(CAN_RFIFO1) ......................................................................................... 708
26.4.6. 中断使能寄存器(CAN_INTEN) ................................................................................................. 709
26.4.7. 错误寄存器(CAN_ERR) ............................................................................................................ 710
26.4.8. 位时序寄存器(CAN_BT) ........................................................................................................... 711
26.4.9. 发送邮箱标识符寄存器(CAN_TMIx)( x=0..2) ....................................................................... 712
26.4.10. 发送邮箱属性寄存器(CAN_TMPx)( x=0..2) ..................................................................... 713
26.4.11. 发送邮箱 data0 寄存器(CAN_TMDATA0x)( x=0..2) ........................................................ 713
26.4.12. 发送邮箱 data1 寄存器(CAN_TMDATA1x)( x=0..2) ........................................................ 714
26.4.13. 接收 FIFO 邮箱标识符寄存器(CAN_RFIFOMIx)( x=0,1) ............................................... 714
26.4.14. 接收 FIFO 邮箱属性寄存器(CAN_RFIFOMPx)( x=0,1) .................................................. 715
26.4.15. 接收 FIFO 邮箱 data0 寄存器(CAN_RFIFOMDATA0x)( x=0,1) .................................... 716
26.4.16. 接收 FIFO 邮箱 data1 寄存器(CAN_RFIFOMDATA1x)( x=0,1) .................................... 716
26.4.17. 过滤器控制寄存器(CAN_FCTL)(仅 CAN0 可用) ............................................................ 716
26.4.18. 过滤器模式配置寄存器(CAN_FMCFG)(仅 CAN0 可用) ................................................ 717
26.4.19. 过滤器位宽配置寄存器(CAN_FSCFG)(仅 CAN0 可用) ................................................ 718
26.4.20. 过滤器关联 FIFO 寄存器(CAN_FAFIFO)(仅 CAN0 可用) ............................................. 718
26.4.21. 过滤器激活寄存器(CAN_FW)(仅 CAN0 可用) ................................................................ 718
26.4.22. 过滤器(x)数据(y)寄存器(CAN_FxDATAy)( x=0..27, y=0,1)(仅 CAN0 可用) ... 719
27. 以太网(ENET) .................................................................................................... 720
27.1. 简介 ............................................................................................................................. 720
27.2. 主要特性 ..................................................................................................................... 720
27.2.1. 模块框图 ........................................................................................................................................... 721
27.2.2. MAC 802.3 以太网数据包描述 ...................................................................................................... 722
27.2.3. 以太网信号描述 ............................................................................................................................... 722
27.3. 功能说明 ..................................................................................................................... 723
27.3.1. 接口配置 ........................................................................................................................................... 723
27.3.2. MAC 功能简介 ................................................................................................................................. 727
27.3.3. MAC 统计计数器:MSC ................................................................................................................ 737
27.3.4. 唤醒管理:WUM ............................................................................................................................. 738
27.3.5. 精确时间协议:PTP ....................................................................................................................... 740
GD32F20x 用户手册
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27.3.6. DMA 控制器描述 ............................................................................................................................. 744
27.3.7. 典型的以太网配置流程示例 ........................................................................................................... 761
27.3.8. 以太网中断 ....................................................................................................................................... 762
27.4. ENET 寄存器 .............................................................................................................. 765
27.4.1. MAC 配置寄存器(ENET_MAC_CFG) ..................................................................................... 765
27.4.2. MAC 帧过滤器寄存器(ENET_MAC_FRMF) .......................................................................... 767
27.4.3. MAC hash 列表高寄存器(ENET_MAC_HLH) ........................................................................ 769
27.4.4. MAC hash 列表低寄存器(ENET_MAC_HLL) ........................................................................ 769
27.4.5. MAC PHY 控制寄存器(ENET_MAC_PHY_CTL) .................................................................. 769
27.4.6. MAC PHY 数据寄存器(ENET_MAC_PHY_DATA) ................................................................ 770
27.4.7. MAC 流控寄存器(ENET_MAC_FCTL) ................................................................................... 771
27.4.8. MAC 流控阈值寄存器(ENET_MAC_FCTH) ........................................................................... 772
27.4.9. MAC VLAN 标签寄存器(ENET_MAC_VLT) ........................................................................... 773
27.4.10. MAC 远程唤醒帧过滤器寄存器(ENET_MAC_RWFF) ...................................................... 774
27.4.11. MAC 唤醒管理寄存器(ENET_MAC_WUM) ....................................................................... 774
27.4.12. MAC 中断状态寄存器(ENET_MAC_INTF) ........................................................................ 775
27.4.13. MAC 中断屏蔽寄存器(ENET_MAC_INTMSK) .................................................................. 776
27.4.14. MAC 地址 0 高寄存器(ENET_MAC_ADDR0H) ................................................................. 777
27.4.15. MAC 地址 0 低寄存器(ENET_MAC_ADDR0L) ................................................................. 777
27.4.16. MAC 地址 1 高寄存器(ENET_MAC_ADDR1H) ................................................................. 778
27.4.17. MAC 地址 1 低寄存器(ENET_MAC_ADDR1L) ................................................................. 779
27.4.18. MAC 地址 2 高寄存器(ENET_MAC_ADDR2H) ................................................................. 779
27.4.19. MAC 地址 2 低寄存器(ENET_MAC_ADDR2L) ................................................................. 780
27.4.20. MAC 地址 3 高寄存器(ENET_MAC_ADDR3H) ................................................................. 780
27.4.21. MAC 地址 3 低寄存器(ENET_MAC_ADDR3L) ................................................................. 781
27.4.22. MSC 控制寄存器(ENET_MSC_CTL) .................................................................................. 781
27.4.23. MSC 接收中断状态寄存器(ENET_MSC_RINTF) .............................................................. 782
27.4.24. MSC 发送中断状态寄存器(ENET_MSC_TINTF) .............................................................. 783
27.4.25. MSC 接收中断屏蔽寄存器(ENET_MSC_RINTMSK) ....................................................... 783
27.4.26. MSC 发送中断屏蔽寄存器(ENET_MSC_TINTMSK) ........................................................ 784
27.4.27. MSC 1 次冲突后发送”好”帧的计数器寄存器(ENET_MSC_SCCNT) .............................. 785
27.4.28. MSC 1 次以上冲突后发送”好”帧的计数器寄存器(ENET_MSC_MSCCNT) ................... 785
27.4.29. MSC 发送”好”帧计数器寄存器(ENET_MSC_TGFCNT) ................................................... 786
27.4.30. MSC CRC 错误接收帧计数器寄存器(ENET_MSC_RFCECNT) ..................................... 786
27.4.31. MSC 对齐错误接收帧计数器寄存器(ENET_MSC_RFAECNT) ....................................... 787
27.4.32. MSC“好”单播帧接收帧计数器寄存器(ENET_MSC_RGUFCNT) .................................... 787
27.4.33. PTP 时间戳控制寄存器(ENET_PTP_TSCTL) ................................................................... 787
27.4.34. PTP 亚秒递增寄存器(ENET_PTP_SSINC) ....................................................................... 789
27.4.35. PTP 时间戳高寄存器(ENET_PTP_TSH) ........................................................................... 789
27.4.36. PTP 时间戳低寄存器(ENET_PTP_TSL) ............................................................................ 789
27.4.37. PTP 时间戳高更新寄存器(ENET_PTP_TSUH) ................................................................. 790
27.4.38. PTP 时间戳低更新寄存器(ENET_PTP_TSUL) ................................................................. 790
27.4.39. PTP 时间戳加数寄存器(ENET_PTP_TSADDEND) .......................................................... 791
GD32F20x 用户手册
19
27.4.40. PTP 期望时间高寄存器(ENET_PTP_ETH)........................................................................ 791
27.4.41. PTP 期望时间低寄存器(ENET_PTP_ETL) ........................................................................ 792
27.4.42. DMA 总线控制寄存器(ENET_DMA_BCTL) ....................................................................... 792
27.4.43. DMA 发送查询使能寄存器(ENET_DMA_TPEN) ............................................................... 794
27.4.44. DMA 接收查询使能寄存器(ENET_DMA_RPEN) .............................................................. 795
27.4.45. DMA 接收描述符列表地址寄存器(ENET_DMA_RDTADDR) .......................................... 795
27.4.46. DMA 发送描述符列表地址寄存器(ENET_DMA_TDTADDR) ........................................... 796
27.4.47. DMA 状态寄存器(ENET_DMA_STAT) ................................................................................ 796
27.4.48. DMA 控制寄存器(ENET_DMA_CTL) .................................................................................. 799
27.4.49. DMA 中断使能寄存器(ENET_DMA_INTEN) ..................................................................... 802
27.4.50. DMA 丢失帧和缓存溢出计数器寄存器(ENET_DMA_MFBOCNT) .................................. 804
27.4.51. DMA 当前发送描述符地址寄存器(ENET_DMA_CTDADDR) .......................................... 804
27.4.52. DMA 当前接收描述符地址寄存器(ENET_DMA_CRDADDR) .......................................... 805
27.4.53. DMA 当前发送缓存地址寄存器(ENET_DMA_CTBADDR) .............................................. 805
27.4.54. DMA 当前接收缓存地址寄存器(ENET_DMA_CRBADDR) .............................................. 806
28. 通用串行总线全速接口(USBFS) ....................................................................... 807
28.1. 简介 ............................................................................................................................. 807
28.2. 主要特征 ..................................................................................................................... 807
28.3. 结构框图 ..................................................................................................................... 808
28.4. 信号线描述 .................................................................................................................. 808
28.5. 功能说明 ..................................................................................................................... 808
28.5.1. USBFS 时钟及工作模式 ................................................................................................................. 808
28.5.2. USB 主机功能 .................................................................................................................................. 810
28.5.3. USB 设备功能 .................................................................................................................................. 812
28.5.4. OTG 功能概述 ................................................................................................................................. 813
28.5.5. 数据 FIFO ......................................................................................................................................... 814
28.5.6. 操作手册 ........................................................................................................................................... 816
28.6. 中断 ............................................................................................................................. 819
28.7. USBFS 寄存器 ............................................................................................................... 821
28.7.1. 全局控制与状态寄存器组 ............................................................................................................... 821
28.7.2. 主机控制和状态寄存器 ................................................................................................................... 841
28.7.3. 设备控制和状态寄存器 ................................................................................................................... 853
28.7.4. 电源和时钟控制寄存器 (USBFS_PWRCLKCTL) ................................................................. 875
29. 版本历史 .................................................................................................................. 877
GD32F20x 用户手册
20
图索引
图 1-1. Cortex
®
-M3 结构图 ................................................................................................................................ 33
图 1-2. GD32F20x Connectivity line 系列系统架构 ....................................................................................... 34
图 2-1. 页擦除操作流程 ..................................................................................................................................... 45
图 2-2. 整片擦除操作流程 ................................................................................................................................. 46
图 2-3. 字编程操作流程 ..................................................................................................................................... 47
图 3-1. 电源域概览 ............................................................................................................................................. 61
图 3-2. 上电/掉电复位波形图 ............................................................................................................................ 62
图 3-3. LVD 阈值波形图 ..................................................................................................................................... 63
图 5-1. 系统复位电路 ......................................................................................................................................... 77
图 5-2. 时钟树 .................................................................................................................................................... 78
图 5-3. HXTAL 时钟源 ........................................................................................................................................ 80
图 5-4. 旁路模式下 HXTAL 时钟源 ................................................................................................................... 80
图 6-1. EXTI 框图 .............................................................................................................................................. 125
图 7-1. 标准 I/O 端口和 5V 兼容 I/O 口的基本结构 ........................................................................................ 131
图 7-2. 输入配置 .............................................................................................................................................. 133
图 7-3. 输出配置 .............................................................................................................................................. 133
图 7-4. 模拟配置 .............................................................................................................................................. 134
图 7-5. 备用功能配置 ....................................................................................................................................... 135
图 8-1. CRC 管理单元框图 ............................................................................................................................... 178
图 9-1. TRNG 模块框图 .................................................................................................................................... 182
图 10-1. DATAM 不交换/半字交换 .................................................................................................................. 188
图 10-2. DATATM 字节交换/位交换 ................................................................................................................ 189
图 10-3. CAU 框图 ............................................................................................................................................ 190
图 10-4. DES/TDES ECB 加密 ........................................................................................................................ 191
图 10-5. DES/TDES ECB 解密 ........................................................................................................................ 192
图 10-6. DES/TDES CBC 加密 ........................................................................................................................ 193
图 10-7. DES/TDES CBC 解密 ........................................................................................................................ 194
图 10-8. AES ECB 加密 ................................................................................................................................... 195
图 10-9. AES ECB 解密 ................................................................................................................................... 195
图 10-10. AES CBC 加密 ................................................................................................................................. 196
图 10-11. AES CBC 解密 ................................................................................................................................. 197
图 10-12. 计数器块结构 ................................................................................................................................... 197
图 10-13. AES CTR 加密/解密......................................................................................................................... 198
图 11-1. DATAM 不交换/半字交换 ................................................................................................................. 212
图 11-2. DATAM 字节交换/位交换 ................................................................................................................. 212
图 11-3. HAU 结构框图 .................................................................................................................................... 213
图 11-4. DMA 结构框图 .................................................................................................................................... 224
图 11-5. 握手机制 ............................................................................................................................................. 227
图 11-6. DMA 中断逻辑图 ................................................................................................................................ 229
图 11-7. DMA0 请求映射 ................................................................................................................................. 230
图 11-8. DMA1 请求映射 .................................................................................................................................. 231
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