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[资料] 兆易创新GD32F20x系列MCU用户手册

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发表于 2021-12-28 10:05:35 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
1. 系统及存储器架构
本章描述GD32F20x系列产品的系统架构,包括ARM®Cortex™-M3内核、总线架构和存储器组织。ARM®Cortex™-M3内核是下一代处理器内核,它包含了很多新特性。这些集成的新特性可以很好的支持高性能、低功耗的市场需求,极大增强了市场适用性。在ARM®Cortex™-M3内核中包含ICode、DCode和System三条AHB总线。所有的存储器访问需求,根据其目的和存储空间的不同,能够在这3种类别的总线中得到合理分配。存储器组织采用哈佛结构,内存可以映射到4GB的存储空间,使系统具有很好的灵活性和可扩展性。

1.1. ARM Cortex-M3 内核
ARM® Cortex™-M3 是通用 32-bit 处理器内核,对高性能、低功耗需求的微控制器特别适用。它提供诸如 Thumb-2 指令集、硬件除法器、低中断响应时间、位带操作和多总线同时访问等特性。ARM® Cortex™-M3 基于 ARMv7 架构,支持 Thumb 和 Thumb-2 指令集。下面列出由Cortex™-M3 提供的一些系统外设:
●总线矩阵,用于实现 I-Code 总线、D-Code 总线、系统总线、专用总线(PPB)以及调试专
用总线(AHB-AP)的互联;
●嵌套向量中断控制器(NVIC)
●闪存地址重载及断点单元(FPB)
●数据观测点及跟踪单元(DWT)
●指令跟踪宏单元(ITM)
●串行线 JTAG 调试端口(SWJ-DP)
●跟踪端口接口单元(TPIU)
●嵌入式跟踪宏单元(ETM)

2. 闪存控制器(FMC)
2.1. 简介
闪存控制器(FMC),提供了片上闪存需要的所有功能。在闪存的前384K字节空间内,CPU执行指令零等待(在闪存大小等于256K或512K时,闪存全片执行指令零等待)。FMC也提供了页擦除,整片擦除,以及32位整字或16位半字编程闪存等操作。
2.2. 主要特性
●高达3072KB的片上闪存可用于存储指令或数据;
●在闪存的前384K字节空间内,CPU执行指令零等待(在闪存大小等于256K或512K时,闪存全片执行指令零等待),在此范围外,CPU提取指令存在较长延时;
●对于闪存容量大于512KB的GD32F20x_CL,使用了两片闪存;前512KB容量在第一片闪存(bank0)中,后续的容量在第二片闪存(bank1)中;
●对于主存储闪存容量不多于512KB的GD32F20x_CL,只使用了bank0;
●对于闪存容量大于512KB的GD32F20x_CL,bank0的闪存页大小为2KB,bank1的闪存页大小为4KB;
●支持32位整字或16位半字编程,页擦除和整片擦除操作;
●大小为16字节的选项字节可根据用户需求配置;
●当系统复位时,选项字节被上载到选项字节控制寄存器;
●具有安全保护状态,可阻止对代码或数据的非法读访问;
●具有擦除和编程保护状态,可阻止意外写操作。

3. 电源管理单元(PMU)
3.1. 简介
功耗设计是GD32F20x系列产品比较注重的问题之一。电源管理单元提供了三种省电模式,包括睡眠模式,深度睡眠模式和待机模式。这些模式能减少电源能耗,且使得应用程序可以在CPU运行时间要求、速度和功耗的相互冲突中获得最佳折衷。如图3-1. 电源域概览所示,GD32F20x系列设备有三个电源域,包括VDD/VDDA域,1.2V域和备份域。VDD/VDDA域由电源直接供电。在VDD/VDDA域中嵌入了一个LDO,用来为1.2V域供电。在备份域中有一个电源切换器,当VDD电源关闭时,电源切换器可以将备份域的电源切换到VBAT引脚,此时备份域由VBAT引脚(电池)供电。

3.2. 主要特性
●三个电源域:备份域、VDD/VDDA域和1.2V电源域;
●三种省电模式:睡眠模式、深度睡眠模式和待机模式;
●内部电压调节器(LDO)提供1.2V电源;
●提供低电压检测器,当电压低于所设定的阈值时能发出中断或事件;
●当VDD供电关闭时,由VBAT(电池)为备份域供电;
●LDO输出电压用于节约能耗;

3.3. 功能描述
PMU及相关电源域的内部结构框图:
1.jpg
3.3.1. 电池备份域
电池备份域由内部电源切换器来选择VDD供电或VBAT(电池)供电,然后由VBAK为备份域供电,该备份域包含RTC(实时时钟)、LXTAL(低速外部晶体振荡器)、BPOR(备份域上电复位)、BREG(备份寄存器),以及PC13至PC15共3个PAD。为了确保备份域中寄存器的内容及RTC正常工作,当VDD关闭时,VBAT引脚可以连接至电池或其他电源等备份源供电。电源切换器是由VDD/VDDA域掉电复位电路控制的。对于没有外部电池的应用,建议将VBAT引脚通过100nF的外部陶瓷去耦电容连接到VDD引脚上。
备份域的复位源包括备份域上电复位和备份域软件复位。在VBAK没有完全上电前,BPOR信号强制设备处于复位状态。应用软件可以通过设置RCU_BDCTL寄存器BKPRST位来触发备份域软件复位。
RTC的时钟源可以是低速内部RC振荡器(IRC40K)或低速外部晶体振荡器(LXTAL),或高速外部晶体振荡器(HXTAL)时钟128分频。当VDD被关闭时,RTC只能选择LXTAL作为时钟源。
在通过WFI/WFE指令进入省电模式之前,Cortex™-M3需要通过RTC寄存器设置预期的唤醒时间并启用唤醒功能,以实现RTC定时器唤醒事件。进入省电模式一定时间之后,当经过的时间与预设的唤醒时间匹配时,RTC将唤醒设备。RTC的配置和操作的细节将在RTC章节来描述。
当备份域由VDD供电(VBAK连接至VDD)时,以下功能可用:
- PC13可以作为通用I/O口或RTC功能引脚(参见实时时钟(RTC));
- PC14和PC15可以作为通用I/O口或LXTAL晶振引脚。
- PI8可以作为通用I/O口或RTC功能引脚
当备份域由VBAT电源供电时(VBAK连接至VBAT),以下功能可用:
- PC13仅可以作为RTC功能引脚(参见实时时钟(RTC));
- PC14和PC15仅可作为LXTAL晶振引脚。
- PI8仅可以作为RTC功能引脚
注意:由于PC13至PC15引脚是通过电源切换器供电的,电源切换器仅可通过小电流,因此当PC13至PC15的GPIO口在输出模式时,其工作的速度不能超过2MHz(最大负载为30pF)。

3.3.2. VDD/VDDA 电源域
VDD/VDDA 域包括 VDD 域和 VDDA 域两部分。VDD 域包括 HXTAL(高速外部晶体振荡器)、LDO(电压调节器)、POR/PDR(上电/掉电复位)、FWDGT(独立看门狗定时器)和除 PC13、PC14和 PC15 之外的所有 PAD 等等。VDDA 域包括 ADC/DAC(AD/DA 转换器)、IRC8M(内部 8M RC 振荡器)、IRC48M(内部 48M RC 振荡器)、IRC40K(内部 40KHz RC 振荡器)PLLs(锁相环)和 LVD(低电压检测器)等等。

3.3.3. 1.2V电源域
主要功能包括Cortex™-M3内核逻辑、AHB/APB外设、备份域和VDD/VDDA域的APB接口等。当1.2V电压上电后,POR将在1.2V域中产生一个复位序列,复位完成后,如果要进入指定的省电模式,须先配置相关的控制位,之后一旦执行WFI或WFE指令,设备便进入该省电模式。关于这方面的详细内容,将在以下章节予以说明。

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