主流32位單片機(jī)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）工程說明文檔：描述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法和滿足需求的手段

　　4）硬件說明文檔：對有關(guān)硬件進(jìn)行描述

　　5）軟件或固件說明文檔：描述特定處理器下設(shè)計(jì)微程序以及固件的方法

　　6）測試說明文檔：描述必須測試的項(xiàng)目和驗(yàn)證系統(tǒng)正常運(yùn)行的方法

　　1.需求定義

　　需求定義用來描述產(chǎn)品的基本功能，對于公司來說，需求一般由該公司的市場銷售部門或該公司的主要客戶來制定；而對小公司或愛好者，技術(shù)人員可以自己負(fù)責(zé)定義需求，并撰寫成文檔；對于STM32神舟系列開發(fā)板來說，主要就是提供各種接口，為大家開發(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：

　　1）系統(tǒng)的用途（定義需要系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的各種功能）

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

　　3）系統(tǒng)是否需要操作界面（涉及軟件層操作系統(tǒng)的選型）

　　其實(shí)對小型的嵌入式產(chǎn)品來說，定義需求是非常關(guān)鍵的，因?yàn)樾枨笄宄?，就可以避免后續(xù)開發(fā)過程中出現(xiàn)的諸如隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）容量不足或所選的CPU速度不能滿足處理的需要等一系列問題。

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　　下面舉個(gè)簡單的實(shí)際例子，供大家來參考：

　　系統(tǒng)描述：用于從化溫泉的水泵換水系統(tǒng)（用STM32神舟III號(hào)開發(fā)板模擬實(shí)現(xiàn)）

　　電源輸入：使用來自于變壓器的9V~12V直流電

　　水泵功率：375W

　　1）使用單相交流電機(jī)，由機(jī)械電氣進(jìn)行控制

　　2）如果溫泉池處于低水位，則輸入開關(guān)閉合信號(hào)，以禁止水泵繼續(xù)運(yùn)行

　　3）用戶可以自由設(shè)置水泵運(yùn)行或關(guān)閉的時(shí)間長度

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

　　5）水泵開啟/關(guān)閉/人工干預(yù)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(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)

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

　　7）具備監(jiān)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(shè)計(jì)文檔中還要包括電磁干擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）認(rèn)證、安全認(rèn)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，接下來就是要考慮選擇一款合適的CPU來滿足和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，那么我們就要將上述7點(diǎn)用戶能夠理解的需求轉(zhuǎn)化成我們專業(yè)領(lǐng)域的需求，轉(zhuǎn)化如下，大家可以參考一下：

　　a.處理或更新輸入輸出信號(hào)的速率究竟需要多快？

　　解釋：目前嵌入式處理器的主頻一般都在幾十兆到幾百兆不等，單片機(jī)的主頻一般是幾十兆，STM32神舟系列開發(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(shù)據(jù)進(jìn)行處理，或是否需要對緩沖區(qū)進(jìn)行頻繁操作，是否有類似的占用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（專用IC）或FPGA來完成數(shù)據(jù)處理？

　　解釋：如果可以的話，就不一定要選擇處理器來做，用這些專業(yè)芯片就能替代

　　c.系統(tǒng)是否有大量的用戶輸入輸出操作（如對開關(guān)和顯示設(shè)備進(jìn)行頻繁操作）？

　　解釋：如果有的話，要在處理器選型的時(shí)候考慮這些因素，選擇一款能夠滿足以上要求的CPU.

　　d.系統(tǒng)與其他外部設(shè)備之間需要使用何種接口？

　　解釋：這也是需要評估處理器的一個(gè)關(guān)鍵問題，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(shè)計(jì)以及軟件編程

　　e.設(shè)計(jì)完成后是否有可能需要進(jìn)行改動(dòng)，或在設(shè)計(jì)過程中系統(tǒng)需求是否可能出現(xiàn)變化？我們的設(shè)計(jì)是否能適應(yīng)系統(tǒng)需求的變化？

　　解釋：要避免選擇的處理器剛好滿足當(dāng)前要求，這樣當(dāng)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，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)在市場上流行很長時(shí)間了，芯片廠商已經(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年后就買不到這款處理器芯片了，導(dǎo)致不得不重新選擇新的處理器，重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品，這樣的既耗費(fèi)時(shí)間，金錢，更消耗人力，延誤市場的戰(zhàn)機(jī)。

2.處理器的選擇

　　2.1.需要使用的I/O管腳數(shù)量

　　多數(shù)處理器都是使用內(nèi)存和外部管腳來控制輸入輸出設(shè)備的，通常處理器都會(huì)有內(nèi)置ROM和RAM的，如果內(nèi)置的內(nèi)存就已經(jīng)滿足需要，那么處理器就可以節(jié)省產(chǎn)生引用外部存儲(chǔ)器信號(hào)的引腳，這樣處理器可為輸入輸出提供較多的設(shè)備管腳（某些處理器支持外部RAM或ROM的使用，但對外部存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問時(shí)，處理器一般需要占用8條到10條I/O管腳）。

　　還有，有些處理器帶有專用的內(nèi)部定時(shí)時(shí)鐘，這類時(shí)鐘也需要使用一個(gè)端口管腳來實(shí)現(xiàn)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(qū)動(dòng)繼電器或電磁鐵線圈，而不再需要額外驅(qū)動(dòng)硬件的支持。

　　當(dāng)對處理器I/O管腳進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，我們一定要把使用處理器內(nèi)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(nèi)。

　　2.2.需要使用的接口數(shù)量

　　嵌入式處理器的主要功能是與應(yīng)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(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理。

　　舉例來說，STM32神舟系列開發(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(dá)72MHZ，同時(shí)處理器內(nèi)部配置了USB、SPI、IIC等接口，像STM32神舟IV號(hào)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有在處理器技術(shù)資料中給予足夠的說明，因此一定要仔細(xì)閱讀處理器的指標(biāo)說明。例如，在閱讀資料的過程中發(fā)現(xiàn)，該資料可能會(huì)說明其串行接口可以在最高波特率下工作，但仔細(xì)研究該處理器的指標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)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(yùn)行。

　　深入了解并明確接口要求的方法：可以自己動(dòng)手編寫一些程序來對接口進(jìn)行實(shí)際測試，以確認(rèn)某種處理器是否可以滿足應(yīng)用的要求；因?yàn)?，確認(rèn)某個(gè)處理器是否可以滿足接口要求并非是一件簡單的任務(wù)。

　　2.3.需要使用的內(nèi)存容量

　　決定內(nèi)存容量的大小是嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)基本步驟，如果對所需內(nèi)存容量估計(jì)過高，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(nèi)存容量，就有可能因系統(tǒng)需要重新設(shè)計(jì)而導(dǎo)致項(xiàng)目不能按時(shí)完工。

　　a.RAM和ROM的區(qū)別：存儲(chǔ)器分為隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）兩種。其中ROM通常用來固化存儲(chǔ)一些生產(chǎn)廠家寫入的程序或數(shù)據(jù)，用于啟動(dòng)電腦和控制電腦的工作方式。而RAM則用來存取各種動(dòng)態(tài)的輸入輸出數(shù)據(jù)、中間計(jì)算結(jié)果以及與外部存儲(chǔ)器交換的數(shù)據(jù)和暫存數(shù)據(jù)。設(shè)備斷電后，RAM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。

　　b.隨即存儲(chǔ)器（RAM）的選擇：RAM容量的預(yù)測是比較直觀的，我們只需把所有變量數(shù)目與所有內(nèi)部緩沖區(qū)的容量以及先入先出（FIFO）隊(duì)列長度和堆棧長度直接相加，就能得到所需RAM容量的總數(shù)。

　　如果所需內(nèi)存容量超出這類處理器的尋址范圍，那么只能通過增加外部RAM來滿足需求；然而，增加外部RAM的同時(shí)將會(huì)占用一定數(shù)量的I/O管腳來對擴(kuò)展內(nèi)存進(jìn)行尋址，這種擴(kuò)展往往會(huì)影響到處理器來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的初衷。