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내부 STM32 : 아키텍처, 프로그래밍 인터페이스 및 디버깅 기술

ARM Cortex-M3 Core 주위에 구축 된 STM32 마이크로 컨트롤러는 임베디드 애플리케이션에 대한 성능, 비용 및 전력 소비의 효율적인 균형을 제공합니다.STM32F101, F103, F105 및 F107과 같은 시리즈를 통해 속도, 메모리 및 연결성에서 유연한 옵션을 제공합니다.STM32는 8051과 같은 레거시 8 비트 솔루션과 비교하여 고속 I/O, 통합 주변 장치 및 향상된 프로그래밍 편의성과 같은 고급 기능을 제공하여 현대적인 개발자가 신뢰할 수 있고 확장 가능한 시스템을 구축하는 데 강력한 선택을 제공합니다.

1. STM32 마이크로 컨트롤러 소개

2. STM32 및 51 마이크로 컨트롤러 비교

3. STM32 기본 시스템 개요

STM32 마이크로 컨트롤러 소개

STM32 마이크로 컨트롤러 라인업은 ARM Cortex-M3 코어 주위에 제작되어 강력한 성능, 경제적 인 경제성 및 전력 소비 효율에 대한 수요가있는 내장 응용 프로그램을 대상으로합니다.이 시리즈는 핵심 아키텍처를 기반으로 분류됩니다.

-STM32F 시리즈에는 다양한 모델이 포함됩니다.

-STM32F103 "Enhanced"시리즈

-STM32F101 "기본"시리즈

-STM32F105 및 STM32F107 "상호 연결된"시리즈

"향상된"시리즈는 72MHz의 인상적인 시계 주파수를 자랑하며, 특히 16 비트 제품과 관련된 예산 제약을 염두에두고있는 사용자들 사이에서 가장 높은 성능을 발휘하는 제품으로 나타납니다.또는 "기본"시리즈는 36MHz의 클럭 주파수에서 작동하여 성능이 균형 잡힌 증가를 제공합니다.이 시리즈의 모든 모델에는 32K에서 128K 범위의 내장 플래시 메모리가 장착되어 있으며 SRAM 용량 및 주변 인터페이스의 변형은 추가 옵션을 제공합니다.Flash에서 직접 코드를 실행하는 72MHz에서 STM32는 36MA가 필요하며 경제적 인 0.5MA/MHz로 변환됩니다.

마이크로 컨트롤러는 VLSI 기술을 사용하여 소형 통합 회로 칩 역할을하여 중앙 처리 장치 (CPU), RAM (Redand Access Memory), ROM (Read-Only Memory), 다양한 I/O 포트, 인터럽트 시스템, 데이터 처리 타이머, 카운티터 및 때로는 단일 실리콘 칩의/D 전환기와 같은 추가 구성 요소와 함께 추가 I/O 포트, 인터럽트 시스템, 데이터 처리 타이머 및 때로는 추가 구성 요소와 함께 제공됩니다.복잡하지 않은 내부 아키텍처, 겸손한 크기 및 비용 효율성으로 알려진 더 간단한 8 비트 마이크로 컨트롤러는 기본 컨트롤러 애플리케이션에서 사용량을 찾습니다.일반적인 예로는 Intel의 51 시리즈, Atmel의 AVR 시스템, Microchip의 PIC 시리즈 및 TI의 MSP430 시리즈가 있습니다.그러나 STM32는보다 강력한 32 비트 마이크로 컨트롤러를 나타냅니다.뚜렷하게, 레지스터를 통해뿐만 아니라 제조업체가 제공 한 라이브러리 파일을 통해서도 프로그래밍 할 수있어 개발의 편의성과 코드 이식성의 용이성을 모두 향상시킬 수 있습니다.

STM32 및 51 마이크로 컨트롤러 비교

마이크로 컨트롤러는 임베디드 시스템의 특정 작업을 제어하도록 설계된 소형 통합 회로입니다.처리 및 제어를위한 CPU, 데이터 스토리지 메모리 용 RAM, 프로그램 저장 용 ROM, 직렬 및 병렬 포트와 같은 입력/출력 인터페이스 및 단일 칩의 인터럽트 시스템과 같은 필수 구성 요소가 포함되어 있습니다.

아키텍처는 CPU, RAM, ROM 및 I/O 구성 요소가 PC를 구축하기 위해 마더 보드에 장착 된 별도의 칩 인 개인용 컴퓨터와 크게 다릅니다.대조적으로, 마이크로 컨트롤러는 이러한 구성 요소를 하나의 응집력 단위로 통합합니다.

51 마이크로 컨트롤러

처음에 인텔이 도입 한 51 마이크로 컨트롤러는 가장 널리 퍼진 8 비트 마이크로 컨트롤러 중 하나이며 학습 곡선에 대해 잘 알려져 있습니다.버스 별 레지스터, 강력한 논리 비트 기능 및 제어 애플리케이션에 최적화 된 다목적 지침 세트를 포괄적으로 관리하여 고전적인 아키텍처로 유명한 다른 마이크로 컨트롤러 발전에 대한 토대를 마련합니다.

51 마이크로 컨트롤러의 특징

- 비트 프로세서 시스템을 자랑하면서 내부 하드웨어 및 소프트웨어 계층 모두에 대한 비트 레벨 작업이 용이 해져 전송, 세트, 클리어, 테스트 및 비트 로직 작업과 같은 조작이 가능합니다.이 속성은 사용자 친화적이고 기능적으로 완료됩니다.

- 칩 RAM의 다목적 주소 범위가 포함되어있어 유연성과 사용 편의성 향상이 포함되어 있습니다.

- 곱하기 및 분할 지침을 포함시키는 것은 프로그래밍 작업을 간소화합니다.

51 마이크로 컨트롤러의 단점

- AD 및 EEPROM 기능에는 추가 하드웨어가 종종 필요하며 설계를 복잡하게합니다.

-I/O 핀은 사용자 친화적 임에도 불구하고 51 시리즈의 주목할만한 제한 인 높은 수준의 출력 기능이 부족합니다.

- 특히 이중 데이터 포인터와 관련하여 작동 속도가 부족하여 프로그래밍 효율을 방해합니다.

- 제한된 보호 기능은 칩 손상에 대한 감수성을 증가시킵니다.

51 마이크로 컨트롤러를 사용하는 응용 프로그램 및 장치

- 성능이 적은 교육 환경 및 응용 프로그램에 자주 사용됩니다.

- 인기있는 모델에는 8051 및 80C51이 포함됩니다.

STM32 마이크로 컨트롤러

Stmicroelectronics가 제조 한 STM32 시리즈는 고성능, 비용 효율적이며 전력 효율적인 마이크로 컨트롤러 범위를 제공합니다.ARM Cortex-M 아키텍처를 기반으로하는이 마이크로 컨트롤러는 우수한 성능을 요구하는 임베디드 애플리케이션을 수용합니다.1μs 듀얼 12 비트 ADC, 4MBIT/S UART 및 18 MBIT/S SPI를 포함한 탁월한 주변 장치를 제공합니다.

전력 소비 및 통합의 균형은 MSP430과 같은 가장 낮은 전력 소비 옵션이 아니더라도 엔지니어에게 호소합니다.STM32의 직관적 인 디자인과 광대 한 기능은 업계 전문가들 사이에서 주목할만한 명성을 얻었습니다.

STM32 마이크로 컨트롤러의 특성

-Core : 단일주기 곱셈 및 하드웨어 부서와 같은 기능으로 최대 72MHz에서 작동하고 1.25DMIPS/MHZ를 달성 할 수있는 ARM 32 비트 Cortex-M3 CPU를 사용합니다.

-메모리 : 6-64KB SRAM 온칩과 함께 32-512KB 플래시 메모리를 제공합니다.

- 클럭 및 전원 관리 : Crystal Oscillators 및 CPU 클럭을위한 PLL 구성을 포함하여 다양한 클럭 및 재설정 관리 시스템을 갖춘 2.0-3.6V 전원 공급 장치를 지원합니다.

- 디버깅 : SWD 및 JTAG 인터페이스가 장착되어 최대 112 개의 I/O 포트 및 수많은 타이머 및 통신 인터페이스를 제공합니다.

일반적으로 사용되는 STM32 장치

- 주요 모델에는 STM32F103, STM32 L1 및 STM32W 시리즈가 포함됩니다.

51과 STM32 마이크로 컨트롤러의 구별

"51 마이크로 컨트롤러"라는 용어는 8031 모델에서 개척하는 Intel 8031 명령어 세트와 호환되는 장치를 나타냅니다.이 장치는 Flash ROM 발전의 혜택을 받았으며 Atmel의 AT89 시리즈로 예시 된 널리 활용된 8 비트 마이크로 컨트롤러로 발전했습니다.

반대로, STM32 마이크로 컨트롤러 시리즈는 ARM Cortex-M3 코어를 사용하여 STMICROElectronics에 의해 개발되었습니다.풍부한 내부 자원으로 향상된 8051, AVR 및 PIC 패밀리를 능가하여 최신 CPU 기능에 가까워서 휴대폰 및 라우터와 같은 더 복잡한 장치에 적합합니다.

STM32 기본 시스템 개요

STM32 내장 환경은 조화롭게 상호 작용하는 몇 가지 필수 구성 요소로 구성됩니다.

전원 공급 장치 관리

아날로그 부품 및 AD 섹션의 원활한 작동에는 VCC 및 GND, VDDA, VSSA 및 VREF와 같은 전원 연결을 신중하게 처리해야합니다 (패키지에는 PIN 포함).외부 연결은 필수적이며 시스템 안정성을 보장하기 위해 떠 다니는 연결을 피해야합니다.

최적의 필터링을 위해서는 각 VDD 및 GND 쌍에 대해 하나 이상의 104 세라믹 커패시터를 배치하십시오.성능 무결성을 유지하기 위해 실용적으로 마이크로 컨트롤러 장치 (MCU)에 가깝게 커패시터를 배치하십시오.

전압 검사는 통찰력있는 연습입니다.전원 공급 장치 전압 정확도를 확인하기 위해 멀티 미터를 사용하십시오.디버깅 목적으로 디지털 전원 공급 장치가 바람직하여 전압 또는 전류 스파이크의 위험을 완화하는 데 도움이됩니다.와이어 엔트리 포인트에서 칩 전원 공급 장치 연결까지 철저한 전압 평가를 수행하여 세심한 접근 방식을 조성합니다.

재설정 및 파워 업 시퀀스

부트 핀은 JTAG 협회의 영향을받지 않는 실행 코드의 시작 주소 후 MCU 시작 주소를 결정하는 데 독점적 인 역할을합니다.

회로 설계에서 부트 핀은 필수적이지 않을 수 있습니다.그러나 외부 저항을 통한지면이나 전력과의 연결을 의무화해야합니다. 부유 한 내용은 부착 할 수 없습니다.STM32의 Tri-Mode Boot 메모리는 칩에 내재되어 있습니다.

- 사용자 플래시 메모리 : 내장 플래시 스토리지.

-SRAM : 메모리 역할을하는 칩 램 영역.

- 시스템 메모리 : 공장 사전 설정 부트 로더를 수용하는 전용 칩 내부 구역. 종종 ISP 프로그램이라고합니다.이 ROM 섹션은 배송 후 수정 또는 삭제에 저항합니다.

각 STM32 칩에는 Boot0 및 Boot1 핀이 있습니다.이 핀의 재설정 유발 레벨 상태는 포스트 리셋 실행 영역을 지시합니다.

- boot1 = x boot0 = 0 : 사용자 플래시 메모리에서 실행됩니다.

- boot1 = 0 boot0 = 1 : 제조업체가 프로그래밍 한 시스템 메모리에서 시작합니다.

- boot1 = 1 boot0 = 1 : 디버깅 목적에 적합한 내장 SRAM을 사용합니다.

프로그래밍은 JTAG 포트 또는 SWD 모드를 통해 달성 할 수 있으며 사용자 플래시 메모리에서 부팅을 선택합니다.일련의 포트 ISP 모드 프로그램 시나리오에서 시스템 저장을 선택할 수 있습니다.

인터페이스 옵션 프로그래밍

소켓 감소의 경우 주로 Jlink를 사용하는 SWD 모드 시뮬레이션을 고려하여 4 개의 와이어 (3.3V, GND, SWDIO, SWCLK가 필요합니다.

연결에는 다음이 포함됩니다.

-STM32 JTMS/SWDIO는 JTAG 포트 TMS와 정렬됩니다.

-STM32 JTCK/SWCLK PARCILLES JTAG PORT TCK.

ULINK2 옵션에는 "NRST", 총 5 개가 필요합니다.

이 인터페이스의 자기 정의가 가능합니다.편의에 따라 DuPont Wire Jumper 또는 Block Converion Interface 보드를 사용하여 에뮬레이터 및 대상 보드를 연결하십시오.

디버깅 및 프로그래밍 난이도 역학

대상 칩의 부적절한 연결성은 정상 작업을 억제합니다.

- 대상 보드에서 적절한 최소 시스템 연결을 보장하고 정상적인 칩 기능을 확인하십시오 : 올바른 VDD, VDDA, VSS, VDD 링크, 신뢰할 수있는 재설정 회로 및 비 중산 재설정 소스.

기존화 된 연소 코드는 새로운 디버깅 시도를 복잡하게 할 수 있습니다.

-사전로드 된 코드가 잘못된 정의 상태를 시작하여 정의되지 않은 상태가 시작되거나 디버그 모드 입력을 방해하거나 불필요한 주변 장치를 활성화하거나 SWJ 핀을 일반 I/O 포트로 구성합니다.

솔루션에는 RAM Boot 용 Boot0/Boot1 핀을 선택하거나 처음에는 기존 코드를 지우는 것이 포함됩니다.

Chip Read/Write Protection은 추가적인 과제를 제기합니다.

- 디버깅 도구가 내장 플래시를 읽거나 쓰는 데 실패 할 수 있습니다.치료법에는 디버깅 도구를 사용하여 칩 읽기/쓰기 보호를 비활성화합니다.

자주 묻는 질문 [FAQ]

1. STM32 마이크로 컨트롤러는 무엇입니까?

STM32는 STMicroelectronics의 32 비트 마이크로 컨트롤러 통합 회로 모음을 나타냅니다.각 마이크로 컨트롤러 내에 프로세서 코어, 정적 RAM, 플래시 메모리, 디버깅 인터페이스 및 여러 주변 장치가 있습니다.

2. STM32가 왜 그렇게 인기가 있습니까?

STMicroelectronics의 STM32 마이크로 컨트롤러 제품군은 폭과 팔 기반 32 비트 아키텍처로 유명합니다.다목적 성과 사용자 정의 가능한 옵션은 사용자에게 초기화 측면에서 고유 한 과제를 제공합니다.

3. STM32를 어떻게 프로그래밍합니까?

STM32 CUBEMX 및 STM32CUBEIDE와 같은 필요한 도구를 설치하여 STM32 마이크로 컨트롤러와의 작업을 시작하고 기본 예제를 실행하십시오.그런 다음 HAL 드라이버를 사용하여 Nucleo-L476RG 보드에서 간단한 LED 깜박임 프로젝트를 구현하여 GPIO 제어에 익숙해집니다.다음으로 UART 커뮤니케이션을 탐색하고 이사회의 기본 기능에 대해 자세히 알아보십시오.B-L475E-OIT01A 개발 보드를 사용하여 센서를 통합하여 실제 데이터를 수집합니다.마지막으로 모든 요소를 결합하여 STM32로 구동되는 완전한 IoT 시스템을 구축하십시오.

4. STM32는 어디에 사용됩니까?

STM32 마이크로 컨트롤러는 기본 프린터 기능에서 고급 차량 회로 보드에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 자신의 위치를 찾습니다.STM32 마이크로 컨트롤러를 사용하여 펌웨어 및 임베디드 시스템을 제작하는 기능은 전자 및 통신 필드의 모든 엔지니어에게 가치있는 기술입니다.