嵌入式的开端-STM32-平芜编程栈

STM32的认识

前言
一、MCU
- 1.什么是MCU
- 2.MCU是怎么做的
- 3.MCU为什么会存在
二、STM32
- 1.宏观了解STM32
- - 1.1 STM3232与MCU的关系
  - 1.2 STM32家族
- 2.什么是STM32
- 3. STM32选型
- - 3.1 STM32F1系列
  - 3.2 命名规则(STM32f103ZET6)
  - - 3.2.1: Z
    - 3.2.2: E
    - 3.2.3: T
    - 3.2.4: 6
  - 3.3 为什么选择STM32F103ZET6
总结

前言

在进入嵌入式之前,相信大家都会或多或少的了解一些单片机. 什么STM32, I2C, spi,通信协议, 烧焊等等东西. 我也是一样. 听说了很多碎片化的东西,但是学起来却东摸一点,西摸一点. 所以我希望可以整理出一份系统的学习路径和过程,帮助各位我自己以及各位老铁入门嵌入式.

本章节小羊会以STM32ZET6为例进行讲解。

一、MCU

1.什么是MCU

MCU: Micorcontroller Unit（微控制单元）的缩写。中文常称为单片机（Single Chip Micorcontroller）。

2.MCU是怎么做的

从功能上看：MCU是把处理器（CPU核心：ARM的Cortex-M系列）、存储器（Flash、RAM）、各种输入输出接口（定时器，ADC，I2C，串口等）集成在一起，形成一个芯片。
从制造上看：MCU是一个极纯的硅片上，经过光刻、刻蚀、沉积、等上百道工序，把CPU，Flash，RAM，定时器，串口等模块的晶体管一层层堆叠起来，再把他们内部连通，最终形成一个完整的芯片。

MCU要把模块集成在一起的原因：主要还是为了低功耗。因为集成在一个芯片里意味着：走线很短，响应很快，功耗就会比较低。

MCU长这样：

我们平时多用的是已经把MCU焊接好并加上了电源稳压电路、晶振电路、复位按键和 USB 接口等等外设，并引出了所有的引脚的开发板。

开发板长这样：（STM32F103ZET6开发板）

3.MCU为什么会存在

以手机应用处理器为例的这类片上系统，主要解决的是算力问题。
以MCU为例的片上系统，主要解决的是控制问题。

因为我们现实中的控制要求是各种各样的。任何一款通用处理器都无法同时满足所有控制场景的低成本，低功耗以及硬实时的要求。因此市场会分化出面向不同场景的处理器。MCU也就应运而生。

MCU专门低成本解决实时控制问题。

二、STM32

1.宏观了解STM32

1.1 STM3232与MCU的关系

各个厂商都会生产MCU。知名的比如恩智浦(NXP)的LPC系列；兆易创新()(GD)的GD32系列；乐鑫(Espressif)的ESP32系列。而我们熟知的STM32系列就是意法半导体公司生产的MCU。

STM32是MCU的一种。
举个例子：把MCU比作“手机”，STM32就是“苹果手机”，GD32就是“华为手机”，是手机的一个种类。意法半导体和兆易创新就是造手机的厂商。

1.2 STM32家族

通过这个图片我们可以看出，在stm32中，基于不同的CPU内核（ARM Cortex的不同系列），以及不同的应用场景。我们有多中STM32的MCU型号可以选择。
STM32有 F系列，G系列，H系列，L系列，U系列。

F：Fundation (基础/同用)
这是最基础的系列，应用最广泛，是STM32的基石。
G：General-Purpose（通用性）
ST官方定义为：主流高性价比系列。
L：Low-Power（低功耗）
专门为低功耗设计的系列。
U：Ultra-Low-Power（超低功耗）
比L系列功耗更低的系列。
H：High-Perfermance（高性能）
字母H对应为High，代表STM32系列中性能最好的产品。

我们后续主要关注STM32的F1系列。
下列图片可以去STMCU中文官网找到

2.什么是STM32

从字面意思看:ST是意法半导体公司. M是微Microelectronics的缩写. 32代表32位.合起来理解就是STM32就是指ST公司开发的32位微控制器。

3. STM32选型

以STM32f103ZET6为例.

3.1 STM32F1系列

在STM32家族里，我们重点关注F1系列。
STM32F100：超值型
STM32F101：基础型
STM32F102：基础型+USB
STM32F103：增强型（最主流）
STM32F105：互联型
STM32F107：互联型+以太网

即便是我们已经选择了STM32F103系列之后，STM32F103还有很多的子型号。如：STM32F103C8T6, STM32F103ZET6等等。我们重点关注STM32F103ZET6。

到此可以看到意法半导体的STM32系列的MCU也是逐级往下细分。

MCU—>STM32—>STM32F1—>STM32F103—>STM32F103ZET6
手机—>华为手机–>mate系列–>华为mate90—>mate90 Pro Max 曜石黑。

3.2 命名规则(STM32f103ZET6)

选完型号之后，老铁们可能会问，这名字这么长一串都代表什么意思呢？小羊接下来会以STM32f103ZET6为例给大家介绍：

STM32: 产品类型.
STM32 表示为意法半导体设计生产的32位MCU

F103: 产品系列
F1属于"主流"(Mainstream) 产品线。并且使用Cortex-M3的CPU内核. 03属于STM32F1子系列中具体的产品线。F103为增强型。

C8T6 / ZET6: 产品规格。

3.2.1: Z

Z: 这个MCU总共有144个引脚(pin).
⼀条边上是 36 个, 4 条边共计 144 个
当然还有其他字符，也能表示其他pin数目:
T : 36个引脚
C : 48个引脚
R : 64个引脚
V : 100个引脚
Z : 144个引脚

关于引脚，MCU为什么有不同的引脚数目：
我们知道MCU的核心定位是用来控制外设，所以引脚的多少就意味着我们控制外设的多少。
也就是说引脚的多少取决于我们的需求。如果我们做一个小玩具，用到的引脚不多，就可以选择T系列。如果是一些汽车电子的元器件，需要控制的外设较多可以选择Z系列。所以引脚的多少就意味着未来我们控制外设的多少，外设的多少就意味着成本的多少。
如果我们只是做个小玩具，明明T系列36个引脚足够了，但是偏偏选择了144个引脚的Z系列MCU，那么对应的就是成本增加，功耗增加。产品未来在销售市场的价格可能会比其他竞品高。那我们的市场竞争力就弱了。

3.2.2: E

E: 表示MCU内部Flash容量为512KB.
还有其他字符，也表示其他flash容量

对于MCU或单片机而言，我们写的二进制程序，在完成烧录后，就会由MCU内部的ARM处理器一行一行执行我们烧录进来的代码。这个就是叫裸机开发。

我们把写好的二进制程序烧写进开发板的MCU中，其实就是烧写进MCU内部的Flash中，这个Flash就叫MCU的内部Flash。
MCU内部的CPU（Arm Cortex-M3）会从内部Flash中读取对应的指令。一行一行去执行，从而帮我们去控制其他的外设。

为什么有那么多不同的Flash容量？
不同的MCU，Flash的大小也会有差异。因为不同的Flash容量代表的是能烧写的不同程序的体积。本质是对应不同规模的产品。
如果我们写的程序比较简单，我们就能选择Flash容量小的MCU，实现更低成本的开发，提高终端产品的价格竞争力。

3.2.3: T

T: 封装类型, 采用LQFP封装.
当然也有其他类型的封装:

封装: 电子元件想要工作，需要焊接到电路板上。相应的，电路板就需要提供对应的焊盘。

MCU封装图例可以去立创商城搜索

LQFP封装: 低轮廓四边扁平封装

BGA封装: 球栅阵列封装

VFQFPN封装: 超薄细间距四边扁平无引脚封装。

3.2.4: 6

这个数字表示MCU的工作温度。
6：表示工作温度范围为-40度到+85度。
7：表示工作温度范围为-40度到+105度。

为什么我们会把温度作为一个核心指标体现在名字上:

可靠性: 如果我们的设备在夏天户外工作,或者靠近发热元件等高温环境,我们就要选择7甚至更高级别.
性能降级: 如果温度超过85度, 我们依然选择6的MCU,就会影响电路内部的晶体振荡频率, ADC精度下降, 影响Flash擦写可靠性.

3.3 为什么选择STM32F103ZET6

根据上述命名规则的介绍，我们可以根据外设数量选择引脚数，根据项目的程序代码量级选择MCU内部Flash的容量，根据工作环境选择工作温度区间。作为工程师，我们选型MCU的时候，要考虑产品的需求，以求达到最低成本实现项目目标。要不仅有技术思维,也要有产品思维,老板思维去思考问题.
其实理由很朴素：因为它的引脚数量最多，未来可以把很多外设接到一块板子上。也就是说一块板子基本能解决入门遇到的所有问题。

当然我们在学习中，工作中会遇到不同的板子选型。不过没关系，我们理解了一个，再去学习新的，不说一通百通，基本学习成本大大降低。