主流32位單片機攻略連載：為什么要學(xué)STM32？

　　1）產(chǎn)品需求文檔：描述產(chǎn)品的特性

　　2）功能需求文檔：描述產(chǎn)品必須具備的功能

　　3）工程說(shuō)明文檔：描述系統實(shí)現的方法和滿(mǎn)足需求的手段

　　4）硬件說(shuō)明文檔：對有關(guān)硬件進(jìn)行描述

　　5）軟件或固件說(shuō)明文檔：描述特定處理器下設計微程序以及固件的方法

　　6）測試說(shuō)明文檔：描述必須測試的項目和驗證系統正常運行的方法

　　1.需求定義

　　需求定義用來(lái)描述產(chǎn)品的基本功能，對于公司來(lái)說(shuō)，需求一般由該公司的市場(chǎng)銷(xiāo)售部門(mén)或該公司的主要客戶(hù)來(lái)制定；而對小公司或愛(ài)好者，技術(shù)人員可以自己負責定義需求，并撰寫(xiě)成文檔；對于STM32神舟系列開(kāi)發(fā)板來(lái)說(shuō)，主要就是提供各種接口，為大家開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)提供借鑒！

　　通常需求定義是圍繞以下幾個(gè)因素而來(lái)：

　　1）系統的用途（定義需要系統實(shí)現的各種功能）

　　2）實(shí)際輸入輸出是何種方式實(shí)現的（為元器件的選型做參考）

　　3）系統是否需要操作界面（涉及軟件層操作系統的選型）

　　其實(shí)對小型的嵌入式產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，定義需求是非常關(guān)鍵的，因為需求清楚了，就可以避免后續開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現的諸如隨機存儲器（RAM）容量不足或所選的CPU速度不能滿(mǎn)足處理的需要等一系列問(wèn)題。

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　　下面舉個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)際例子，供大家來(lái)參考：

　　系統描述：用于從化溫泉的水泵換水系統（用STM32神舟III號開(kāi)發(fā)板模擬實(shí)現）

　　電源輸入：使用來(lái)自于變壓器的9V~12V直流電

　　水泵功率：375W

　　1）使用單相交流電機，由機械電氣進(jìn)行控制

　　2）如果溫泉池處于低水位，則輸入開(kāi)關(guān)閉合信號，以禁止水泵繼續運行

　　3）用戶(hù)可以自由設置水泵運行或關(guān)閉的時(shí)間長(cháng)度

　　4）除了自動(dòng)設置控制外，還需要提供一種人工裝置來(lái)允許維護人員靈活控制水泵進(jìn)行維修

　　5）水泵開(kāi)啟/關(guān)閉/人工干預的時(shí)間可以30分鐘為單位，在30分鐘到23小時(shí)的范圍內進(jìn)行調節

　　6）顯示設備可以指示水泵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，剩余時(shí)間，以及水泵是否處于人工干預模式

　　7）具備監視低水位的功能，并顯示在屏幕上

　　如果需要商用，那么除了上面給出的功能要求外，其設計文檔中還要包括電磁干擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）認證、安全認證以及使用環(huán)境（包括環(huán)境溫度、濕度、鹽霧腐蝕等）等方面的需求。

　　實(shí)際上，以上的需求確定之后，接下來(lái)就是要考慮選擇一款合適的CPU來(lái)滿(mǎn)足和實(shí)現系統的功能，那么我們就要將上述7點(diǎn)用戶(hù)能夠理解的需求轉化成我們專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的需求，轉化如下，大家可以參考一下：

　　a.處理或更新輸入輸出信號的速率究竟需要多快？

　　解釋?zhuān)耗壳扒度胧教幚砥鞯闹黝l一般都在幾十兆到幾百兆不等，單片機的主頻一般是幾十兆，STM32神舟系列開(kāi)發(fā)板的CPU都是72MHZ，有的 ARM9，ARM11處理器可以到幾百兆；我們主要看這個(gè)產(chǎn)品是否需要對大量數據進(jìn)行處理，或是否需要對緩沖區進(jìn)行頻繁操作，是否有類(lèi)似的占用CPU資料的工作要做，這就決定我們要選擇一款合適的處理器來(lái)讓該產(chǎn)品得到最佳的性能。

　　b.是否可使用單片集成電路（專(zhuān)用IC）或FPGA來(lái)完成數據處理？

　　解釋?zhuān)喝绻梢缘脑?huà)，就不一定要選擇處理器來(lái)做，用這些專(zhuān)業(yè)芯片就能替代

　　c.系統是否有大量的用戶(hù)輸入輸出操作（如對開(kāi)關(guān)和顯示設備進(jìn)行頻繁操作）？

　　解釋?zhuān)喝绻械脑?huà)，要在處理器選型的時(shí)候考慮這些因素，選擇一款能夠滿(mǎn)足以上要求的CPU.

　　d.系統與其他外部設備之間需要使用何種接口？

　　解釋?zhuān)哼@也是需要評估處理器的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，選擇具備這些接口功能的處理器會(huì )方便于我們的電路設計以及軟件編程

　　e.設計完成后是否有可能需要進(jìn)行改動(dòng)，或在設計過(guò)程中系統需求是否可能出現變化？我們的設計是否能適應系統需求的變化？

　　解釋?zhuān)阂苊膺x擇的處理器剛好滿(mǎn)足當前要求，這樣當以后事務(wù)要求逐漸提高，處理器性能如果還有一定空間的話(huà)，那么就可以重用目前的產(chǎn)品；第二個(gè)就是要選擇不會(huì )即將停產(chǎn)的芯片，很多處理器用得很廣乏，可以借鑒的資料也很多，但是很可能這款芯片已經(jīng)在市場(chǎng)上流行很長(cháng)時(shí)間了，芯片廠(chǎng)商已經(jīng)推出更新?lián)Q代的替代品了，如果你選擇了這款芯片，很可能1，2年后就買(mǎi)不到這款處理器芯片了，導致不得不重新選擇新的處理器，重新設計產(chǎn)品，這樣的既耗費時(shí)間，金錢(qián)，更消耗人力，延誤市場(chǎng)的戰機。

2.處理器的選擇

　　2.1.需要使用的I/O管腳數量

　　多數處理器都是使用內存和外部管腳來(lái)控制輸入輸出設備的，通常處理器都會(huì )有內置ROM和RAM的，如果內置的內存就已經(jīng)滿(mǎn)足需要，那么處理器就可以節省產(chǎn)生引用外部存儲器信號的引腳，這樣處理器可為輸入輸出提供較多的設備管腳（某些處理器支持外部RAM或ROM的使用，但對外部存儲器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，處理器一般需要占用8條到10條I/O管腳）。

　　還有，有些處理器帶有專(zhuān)用的內部定時(shí)時(shí)鐘，這類(lèi)時(shí)鐘也需要使用一個(gè)端口管腳來(lái)實(shí)現某些定時(shí)功能；某些處理器中還具有漏極輸出和高電流輸出能力，可以方便的直接驅動(dòng)繼電器或電磁鐵線(xiàn)圈，而不再需要額外驅動(dòng)硬件的支持。

　　當對處理器I/O管腳進(jìn)行計數時(shí)，我們一定要把使用處理器內部功能（如串行接口和定時(shí)器等）時(shí)限制使用的某些管腳考慮在內。

　　2.2.需要使用的接口數量

　　嵌入式處理器的主要功能是與應用環(huán)境中的硬件進(jìn)行交互操作，這不僅需要外部硬件對接口具有實(shí)時(shí)處理能力，而且還要求處理器必須以足夠快的速度對接口數據進(jìn)行有效處理。

　　舉例來(lái)說(shuō)，STM32神舟系列開(kāi)發(fā)板的CPU是ST公司出品的一款工業(yè)級微處理器，它基于CORTEX M3的核心，處理主頻可達72MHZ，同時(shí)處理器內部配置了USB、SPI、IIC等接口，像STM32神舟IV號的107處理器還支持Ethernet 等輸出接口，其目的是更方便的利用這些接口開(kāi)發(fā)出嵌入式產(chǎn)品。

　　需要注意的是，由于許多處理器具有的局限性沒(méi)有在處理器技術(shù)資料中給予足夠的說(shuō)明，因此一定要仔細閱讀處理器的指標說(shuō)明。例如，在閱讀資料的過(guò)程中發(fā)現，該資料可能會(huì )說(shuō)明其串行接口可以在最高波特率下工作，但仔細研究該處理器的指標數據時(shí)，可能會(huì )發(fā)現并非該串口接口的所有操作模式都可以在最大波特率下運行。

　　深入了解并明確接口要求的方法：可以自己動(dòng)手編寫(xiě)一些程序來(lái)對接口進(jìn)行實(shí)際測試，以確認某種處理器是否可以滿(mǎn)足應用的要求；因為，確認某個(gè)處理器是否可以滿(mǎn)足接口要求并非是一件簡(jiǎn)單的任務(wù)。

　　2.3.需要使用的內存容量

　　決定內存容量的大小是嵌入式產(chǎn)品設計過(guò)程中的一個(gè)基本步驟，如果對所需內存容量估計過(guò)高，那么我們就有可能會(huì )選擇成本較高的解決方案；反之，如果低估了所需內存容量，就有可能因系統需要重新設計而導致項目不能按時(shí)完工。

　　a.RAM和ROM的區別：存儲器分為隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）兩種。其中ROM通常用來(lái)固化存儲一些生產(chǎn)廠(chǎng)家寫(xiě)入的程序或數據，用于啟動(dòng)電腦和控制電腦的工作方式。而RAM則用來(lái)存取各種動(dòng)態(tài)的輸入輸出數據、中間計算結果以及與外部存儲器交換的數據和暫存數據。設備斷電后，RAM中存儲的數據就會(huì )丟失。

　　b.隨即存儲器（RAM）的選擇：RAM容量的預測是比較直觀(guān)的，我們只需把所有變量數目與所有內部緩沖區的容量以及先入先出（FIFO）隊列長(cháng)度和堆棧長(cháng)度直接相加，就能得到所需RAM容量的總數。

　　如果所需內存容量超出這類(lèi)處理器的尋址范圍，那么只能通過(guò)增加外部RAM來(lái)滿(mǎn)足需求；然而，增加外部RAM的同時(shí)將會(huì )占用一定數量的I/O管腳來(lái)對擴展內存進(jìn)行尋址，這種擴展往往會(huì )影響到處理器來(lái)實(shí)現應用的初衷。