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GD32VF103 RISC-V MCU用户手册:闪存控制器详解
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更新于2024-07-01
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"GD32VF103中文手册1"
GD32VF103是一款基于RISC-V架构的32位微控制器,由GigaDevice Semiconductor Inc.制造。该MCU提供了一系列高级功能和特性,适用于多种嵌入式应用。
1. **系统及存储器架构**
- **RISC-V处理器**: GD32VF103采用RISC-V架构,这是一种开放源代码的指令集架构,以其高效、低功耗和模块化设计而闻名。
- **系统架构**: 设计包括了处理核心、系统控制器、存储器接口等关键组件,支持高效的系统级操作。
- **存储器映射**: MCU内部包含片上SRAM和片上闪存,它们在内存空间中有特定的地址范围。
- **片上SRAM存储器**: 提供快速的数据访问,用于运行程序和临时存储。
- **片上闪存**: 用于存储程序代码和非易失性数据,具有闪存结构,支持多次擦写。
- **引导配置**: 允许用户定义启动流程,如从闪存的特定位置开始执行。
- **设备电子签名**: 包括存储容量信息和设备唯一ID,确保芯片的身份验证和安全性。
2. **闪存控制器(FMC)**
- **简介**: FMC负责管理和控制片上闪存的操作。
- **主要特征**: 支持快速读取、安全擦除和编程功能。
- **闪存结构**: 由多个闪存块组成,每个块可进一步划分为页。
- **读操作**: 可以快速从闪存中读取数据。
- **FMC_CTL寄存器解锁**: 用于解锁对FMC CTL寄存器的访问,进行控制操作。
- **页擦除**和**整片擦除**: 提供两种级别的擦除操作,页擦除针对单个页面,整片擦除针对整个闪存块。
- **主存储闪存块编程**: 支持对闪存块的编程操作。
- **选项字节块擦除**和**编程**: 用于设置和修改闪存的选项字节,这些字节通常包含配置信息。
- **选项字节块说明**: 选项字节可以设置启动地址、保护位等。
- **页擦除/编程保护**和**安全保护**: 提供机制防止意外的擦除或编程操作,保障数据安全。
- **FMC寄存器**: 包括多个控制和状态寄存器,如FMC_WS、FMC_KEY、FMC_OBKEY、FMC_STAT、FMC_CTL、FMC_ADDR、FMC_OBSTAT和FMC_WP,用于监控和配置闪存操作。
3. **电源管理单元(PMU)**
- **简介**: PMU负责MCU的电源管理,优化能效。
- **主要特征**: 支持不同电源域的管理,包括电池备份域、VDD/VDDA电源域和1.2V电源域。
- **电池备份域**: 在主电源断开时,仍能保持一部分电路的供电。
- **VDD/VDDA电源域**: 管理MCU的主要工作电压。
- **1.2V电源域**: 提供低电压供内部电路使用。
- **省电模式**: 提供多种低功耗模式,以适应不同应用场景。
- **PMU寄存器**: 包括PMU_CTL和PMU_CS,用于设置和监控电源状态和控制。
GD32VF103的这些特性使其成为嵌入式系统设计的理想选择,特别是那些需要高效处理、灵活存储和精细电源管理的项目。其RISC-V内核的开放性和扩展性,以及强大的闪存控制器和电源管理单元,为开发者提供了广泛的设计可能性和优化空间。
GD32VF103 用户手册
16
图 15-33. 用定时器 2 的 CI0 信号来触发定时器 0 和定时器 2 ...................................................................... 238
图 15-34. 通用定时器 L0 结构框图 ................................................................................................................. 262
图 15-35. 内部时钟分频为 1 时,正常模式下的控制电路 ............................................................................. 263
图 15-36. 当预分频器的参数从 1 变到 2 时,计数器的时序图 ..................................................................... 264
图 15-37. 向上计数时序图,PSC=0/1 ............................................................................................................ 265
图 15-38. 向上计数时序图,在运行时改变 TIMERx_CAR 寄存器的值 ....................................................... 265
图 15-39. 向下计数时序图,PSC=0/1 ............................................................................................................ 266
图 15-40. 向下计数时序图,在运行时改变 TIMERx_CAR 寄存器值 ........................................................... 267
图 15-41. 中央计数模式计数器时序图 ............................................................................................................ 268
图 15-42. 输入捕获逻辑 ................................................................................................................................... 269
图 15-43. 三种输出比较模式 ........................................................................................................................... 271
图 15-44. EAPWM 时序图 ............................................................................................................................... 272
图 15-45. CAPWM 时序图 ............................................................................................................................... 272
图 15-46. 编码器接口模式下计数器运行例子 ................................................................................................ 274
图 15-47. CI0FE0 极性反相的编码器接口模式下的例子 ................................................................................ 274
图 15-48. 复位模式 .......................................................................................................................................... 275
图 15-49. 暂停模式 .......................................................................................................................................... 275
图 15-50. 事件模式 .......................................................................................................................................... 275
图 15-51. 单脉冲模式,TIMERx_CHxCV = 0x04,TIMERx_CAR=0x60 .................................................. 276
图 15-52. 基本定时器结构框图 ....................................................................................................................... 297
图 15-53. 内部时钟分频为 1 时正常模式下的控制电路 ................................................................................. 298
图 15-54. 当预分频器的参数从 1 变到 2 时,计数器的时序图 ..................................................................... 298
图 15-55. 向上计数时序图,PSC=0/1 ............................................................................................................ 299
图 15-56. 向上计数时序图,在运行时改变 TIMERx_CAR 寄存器的值 ....................................................... 300
图 16-1. USART 模块内部框图 ........................................................................................................................ 306
图 16-2. USART 字符帧 (8 数据位和 1 停止位) ............................................................................................. 307
图 16-3. USART 发送步骤 ............................................................................................................................... 308
图 16-4. 过采样方式接收一个数据位 .............................................................................................................. 309
图 16-5. 采用 DMA 方式实现 USART 数据发送配置步骤 ............................................................................. 310
图 16-6. 采用 DMA 方式实现 USART 数据接收配置步骤 ............................................................................. 311
图 16-7. 两个 USART 之间的硬件流控制 ....................................................................................................... 311
图 16-8. 硬件流控制 ......................................................................................................................................... 312
图 16-9. 空闲状态下检测断开帧 ...................................................................................................................... 313
图 16-10. 数据传输过程中检测断开帧 ............................................................................................................ 313
图 16-11. 同步模式下的 USART 示例 ............................................................................................................ 314
图 16-12. 8-bit 格式的 USART 同步通信波形(CLEN=1) ............................................................................... 314
图 16-13. IrDA SIR ENDEC 模块 .................................................................................................................... 314
图 16-14. IrDA 数据调制 .................................................................................................................................. 315
图 16-15. ISO7816-3 数据帧格式 .................................................................................................................... 316
图 16-16. USART 中断映射框图...................................................................................................................... 317
图 17-1. I2C 模块框图 ...................................................................................................................................... 328
图 17-2. 数据有效性 ......................................................................................................................................... 329
图 17-3. 开始和停止状态 ................................................................................................................................. 329
图 17-4. 时钟同步 ............................................................................................................................................ 330
GD32VF103 用户手册
17
图 17-5. SDA 线仲裁 ........................................................................................................................................ 330
图 17-6. 7 位地址的 I2C 通讯流程 ................................................................................................................... 331
图 17-7. 10 位地址的 I2C 通讯流程(主机发送) .......................................................................................... 331
图 17-8. 10 位地址的 I2C 通讯流程(主机接收) .......................................................................................... 331
图 17-9. 从机发送模式(10 位地址模式) ..................................................................................................... 333
图 17-10. 从机接收模式(10 位地址模式) ................................................................................................... 334
图 17-11. 主机发送模式(10 位地址模式) ................................................................................................... 336
图 17-12. 主机接收使用方案 A 模式(10 位地址模式) ............................................................................... 338
图 17-13. 主机接收使用方案 B 模式(10 位地址模式) ............................................................................... 340
图 18-1. SPI 结构框图 ...................................................................................................................................... 354
图 18-2. 常规模式下的 SPI 时序图 ................................................................................................................. 355
图 18-3. 典型的全双工模式连接 ...................................................................................................................... 357
图 18-4. 典型的单工模式连接(主机:接收,从机:发送) ........................................................................ 357
图 18-5. 典型的单工模式连接(主机:只发送,从机:接收) .................................................................... 357
图 18-6. 典型的双向线连接 ............................................................................................................................. 357
图 18-7. 主机 TI 模式在不连续发送时的时序图 ............................................................................................. 359
图 18-8. 主机 TI 模式在连续发送时的时序图 ................................................................................................. 359
图 18-9. 从机 TI 模式时序图 ............................................................................................................................ 360
图 18-10. NSS 脉冲模式时序图(主机连续发送)......................................................................................... 360
图 18-11. I2S 结构框图 .................................................................................................................................... 363
图 18-12. I2S 飞利浦标准时序图(DTLEN=00, CHLEN=0, CKPL=0) ...................................................... 364
图 18-13. I2S 飞利浦标准时序图(DTLEN=00, CHLEN=0, CKPL=1) ...................................................... 364
图 18-14. I2S 飞利浦标准时序图(DTLEN=10, CHLEN=1, CKPL=0) ...................................................... 365
图 18-15. I2S 飞利浦标准时序图(DTLEN=10, CHLEN=1, CKPL=1) ...................................................... 365
图 18-16. I2S 飞利浦标准时序图(DTLEN=01, CHLEN=1, CKPL=0) ...................................................... 365
图 18-17. I2S 飞利浦标准时序图(DTLEN=01, CHLEN=1, CKPL=1) ...................................................... 365
图 18-18. I2S 飞利浦标准时序图(DTLEN=00, CHLEN=1, CKPL=0) ...................................................... 365
图 18-19. I2S 飞利浦标准时序图(DTLEN=00, CHLEN=1, CKPL=1) ...................................................... 366
图 18-20. MSB 对齐标准时序图(DTLEN=00, CHLEN=0, CKPL=0)........................................................ 366
图 18-21. MSB 对齐标准时序图(DTLEN=00, CHLEN=0, CKPL=1)........................................................ 366
图 18-22. MSB 对齐标准时序图(DTLEN=10, CHLEN=1, CKPL=0)........................................................ 366
图 18-23. MSB 对齐标准时序图(DTLEN=10, CHLEN=1, CKPL=1)........................................................ 366
图 18-24. MSB 对齐标准时序图(DTLEN=01, CHLEN=1, CKPL=0)........................................................ 367
图 18-25. MSB 对齐标准时序图(DTLEN=01, CHLEN=1, CKPL=1)........................................................ 367
图 18-26. MSB 对齐标准时序图(DTLEN=00, CHLEN=1, CKPL=0)........................................................ 367
图 18-27. MSB 对齐标准时序图(DTLEN=00, CHLEN=1, CKPL=1)........................................................ 367
图 18-28. LSB 对齐标准时序图(DTLEN=01, CHLEN=1, CKPL=0) ........................................................ 367
图 18-29. LSB 对齐标准时序图(DTLEN=01, CHLEN=1, CKPL=1) ........................................................ 368
图 18-30. LSB 对齐标准时序图(DTLEN=00, CHLEN=1, CKPL=0) ........................................................ 368
图 18-31. LSB 对齐标准时序图(DTLEN=00, CHLEN=1, CKPL=1) ........................................................ 368
图 18-32. PCM 标准短帧同步模式时序图(DTLEN=00, CHLEN=0, CKPL=0) ........................................ 368
图 18-33. PCM 标准短帧同步模式时序图(DTLEN=00, CHLEN=0, CKPL=1) ........................................ 369
图 18-34. PCM 标准短帧同步模式时序图(DTLEN=10, CHLEN=1, CKPL=0) ........................................ 369
图 18-35. PCM 标准短帧同步模式时序图(DTLEN=10, CHLEN=1, CKPL=1) ........................................ 369
GD32VF103 用户手册
18
图 18-36. PCM 标准短帧同步模式时序图(DTLEN=01, CHLEN=1, CKPL=0) ........................................ 369
图 18-37. PCM 标准短帧同步模式时序图(DTLEN=01, CHLEN=1, CKPL=1) ........................................ 369
图 18-38. PCM 标准短帧同步模式时序图(DTLEN=00, CHLEN=1, CKPL=0) ........................................ 369
图 18-39. PCM 标准短帧同步模式时序图(DTLEN=00, CHLEN=1, CKPL=1) ........................................ 370
图 18-40. PCM 标准长帧同步模式时序图(DTLEN=00, CHLEN=0, CKPL=0) ........................................ 370
图 18-41. PCM 标准长帧同步模式时序图(DTLEN=00, CHLEN=0, CKPL=1) ........................................ 370
图 18-42. PCM 标准长帧同步模式时序图(DTLEN=10, CHLEN=1, CKPL=0) ........................................ 370
图 18-43. PCM 标准长帧同步模式时序图(DTLEN=10, CHLEN=1, CKPL=1) ........................................ 370
图 18-44. PCM 标准长帧同步模式时序图(DTLEN=01, CHLEN=1, CKPL=0) ........................................ 370
图 18-45. PCM 标准长帧同步模式时序图(DTLEN=01, CHLEN=1, CKPL=1) ........................................ 371
图 18-46. PCM 标准长帧同步模式时序图(DTLEN=00, CHLEN=1, CKPL=0) ........................................ 371
图 18-47. PCM 标准长帧同步模式时序图(DTLEN=00, CHLEN=1, CKPL=1) ........................................ 371
图 18-48. I2S 时钟生成结构框图 ..................................................................................................................... 371
图 19-1. 系统架构 ............................................................................................................................................ 386
图 19-2. EXMC Bank 划分 ............................................................................................................................... 387
图 19-3. Bank0 地址映射 ................................................................................................................................. 387
图 19-4. 复用模式读时序 ................................................................................................................................. 390
图 19-5. 复用模式写时序 ................................................................................................................................. 390
图 19-6. 异步等待有效时的读时序 .................................................................................................................. 391
图 19-7. 异步等待有效时的写时序 .................................................................................................................. 392
图 20-1. CAN 模块结构框图 ............................................................................................................................ 397
图 20-2. 发送寄存器 ......................................................................................................................................... 399
图 20-3. 发送邮箱状态转换 ............................................................................................................................. 399
图 20-4. 接收寄存器 ......................................................................................................................................... 401
图 20-5. 32-bit 位宽过滤器 .............................................................................................................................. 402
图 20-6. 16-bit 位宽过滤器 .............................................................................................................................. 402
图 20-7. 32-bit 位宽掩码模式过滤器 ............................................................................................................... 402
图 20-8. 16-bit 位宽掩码模式过滤器 ............................................................................................................... 402
图 20-9. 32-bit 位宽列表模式过滤器 ............................................................................................................... 403
图 20-10. 16-bit 位宽列表模式过滤器 ............................................................................................................. 403
图 20-11. 位时序 .............................................................................................................................................. 405
图 21-1. USBFS 结构框图 ............................................................................................................................... 427
图 21-2. 在主机或设备模式下连接示意图 ...................................................................................................... 428
图 21-3. OTG 模式下连接示意图 ..................................................................................................................... 429
图 21-4. 主机端口状态转移图 ......................................................................................................................... 429
图 21-5. 主机模式 FIFO 空间 .......................................................................................................................... 433
图 21-6. 主机模式 FIFO 访问寄存器映射表 ................................................................................................... 433
图 21-7. 设备模式 FIFO 空间 .......................................................................................................................... 434
图 21-8. 设备模式 FIFO 访问寄存器映射表 ................................................................................................... 434
GD32VF103 用户手册
19
表索引
表 1-1. AHB 互联矩阵的互联关系列表 .............................................................................................................. 22
表 1-2. GD32VF103 系列器件的存储器映射表 ................................................................................................. 24
表 1-3. 引导模式 ................................................................................................................................................ 27
表 2-1. 闪存基地址和大小 ................................................................................................................................. 31
表 2-2. 选项字节 ................................................................................................................................................ 36
表 3-1. 节电模式总结 ......................................................................................................................................... 49
表 5-1. 时钟输出 0 的时钟源选择 ...................................................................................................................... 63
表 5-2. 深度睡眠模式下 1.2V 域电压选择 ........................................................................................................ 64
表 6-1. 中断向量表 ............................................................................................................................................. 89
表 6-2. EXTI 触发源 ............................................................................................................................................ 92
表 7-1. GPIO 配置表 ........................................................................................................................................... 98
表 7-2. 调试接口信号 ....................................................................................................................................... 102
表 7-3. 调试端口映射 ....................................................................................................................................... 103
表 7-4. TIMER0 备用功能重映射 ..................................................................................................................... 103
表 7-5. TIMER1 备用功能重映射 .................................................................................................................... 103
表 7-6. TIMER2 备用功能重映射 ..................................................................................................................... 103
表 7-7. TIMER3 备用功能重映射 ..................................................................................................................... 104
表 7-8. TMER4 备用功能重映射 ...................................................................................................................... 104
表 7-9. USART0 备用功能重映射 .................................................................................................................... 104
表 7-10. USART1 备用功能重映射 .................................................................................................................. 104
表 7-11. USART2 备用功能重映射 .................................................................................................................. 104
表 7-12. I2C0 备用功能重映射 ......................................................................................................................... 105
表 7-13. SPI0 备用功能重映射 ......................................................................................................................... 105
表 7-14. SPI2/I2S2 备用功能重映射 ................................................................................................................ 105
表 7-15. CAN0 备用功能重映射 ....................................................................................................................... 105
表 7-16. CAN1 备用功能重映射 ....................................................................................................................... 106
表 7-17. OSC32 引脚配置 ................................................................................................................................ 106
表 7-18. OSC 引脚配置 .................................................................................................................................... 106
表 9-1. DMA 传输操作 ...................................................................................................................................... 127
表 9-2. 中断事件 .............................................................................................................................................. 130
表 9-3. DMA0 各通道请求表 ............................................................................................................................ 132
表 9-4. DMA1 各通道请求表 ............................................................................................................................ 133
表 11-1. ADC 内部信号 .................................................................................................................................... 146
表 11-2. ADC 引脚定义 .................................................................................................................................... 146
表 11-3. ADC0 和 ADC1 的规则通道的外部触发 ........................................................................................... 154
表 11-4. ADC0 和 ADC1 的注入通道的外部触发 ........................................................................................... 155
表 11-5. 不同分辨率对应的 t
CONV
时间 ............................................................................................................ 156
表 11-6. N 和 M 的最大输出值(灰色部分表示截断) ................................................................................... 157
表 12-1. DAC 引脚 ............................................................................................................................................ 180
表 12-2. DAC 外部触发 .................................................................................................................................... 180
表 13-1. 独立看门狗定时器在 40kHz (IRC40K)时的最小/最大超时周期 ..................................................... 193
GD32VF103 用户手册
20
表 13-2. 在 54MHz (f
PCLK1
)时的最大/最小超时值 ........................................................................................... 199
表 15-1. 定时器(TIMERx)分为三种类型 .................................................................................................... 210
表 15-2. 由参数控制的互补输出表 .................................................................................................................. 225
表 15-3. 计数方向与编码器信号之间的关系................................................................................................... 228
表 15-4. 从模式示例 ......................................................................................................................................... 231
表 15-5. 计数方向与编码器信号之间的关系................................................................................................... 273
表 15-6. 从模式示例 ......................................................................................................................................... 274
表 16-1. USART 重要引脚描述 ........................................................................................................................ 306
表 16-2. 停止位配置 ......................................................................................................................................... 307
表 16-3. USART 中断请求 ............................................................................................................................... 316
表 17-1. I2C 总线术语说明(参考飞利浦 I2C 规范) ..................................................................................... 328
表 17-2. 事件状态标志位 ................................................................................................................................. 343
表 17-3. I2C 错误标志位 ................................................................................................................................... 343
表 18-1. SPI 信号描述 ...................................................................................................................................... 354
表 18-2. SPI 运行模式 ...................................................................................................................................... 356
表 18-3. SPI 中断请求 ...................................................................................................................................... 363
表 18-4. I2S 比特率计算公式 ........................................................................................................................... 371
表 18-5. 音频采样频率计算公式 ...................................................................................................................... 372
表 18-6. 各种运行模式下 I2S 接口信号的方向 ............................................................................................... 372
表 18-7. I2S 中断 .............................................................................................................................................. 375
表 19-1. NOR Flash 接口信号描述 ................................................................................................................. 388
表 19-2. PSRAM 非复用接口信号描述 ............................................................................................................ 388
表 19-3. EXMC 的 Bank0 支持的所有处理 ..................................................................................................... 388
表 19-4. NOR/PSRAM 控制时序参数.............................................................................................................. 389
表 19-5. EXMC 时序模型 ................................................................................................................................. 389
表 19-6. 复用模式相关寄存器配置 .................................................................................................................. 390
表 20-1. 32-bit 过滤序号 .................................................................................................................................. 403
表 20-2. 过滤索引 ............................................................................................................................................ 403
表 21-1. USBFS 信号线描述 ............................................................................................................................ 427
表 21-2. USBFS 全局中断 .............................................................................................................................. 438
表 22-1. 版本历史 ............................................................................................................................................ 494
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