搭建机器人电控系统——MCU基石

在上一章中，我讲解了搭建一个机器人电控系统的前期准备工作，包括电源的选择和主控的开发，经过一些基础的单片机任务之后，现在你应该对单片机的一些编程习惯有了掌握。

在本章中，我将会按照一个机器人的底盘到上层机构的顺序，单独来对每一个机构的电控部分进行讲解。从中分别来详细展示运动模型、通信协议、PWM输出和算法部分，从而让你学会如何用MCU去控制每个部分机构的运动。

不过在这之前，我会以STM32F407为例，先补充一些关于MCU的基本知识原理：

STM32系统架构
STM32时钟配置
GPIO原理
中断NVIC与EXTI

STM32系统总线架构

在对应STM32F4的《参考手册》中，有如下一个系统架构图：

从整体来看，STM32系统借助总线矩阵，实现主控总线到被控总线的访问。

主控总线

①Cortex内核I、D、S总线

Cortex-M4：ARM制定的一种内核协议。在选择主控章节说过，ARM制定内核协议，由ST公司根据内核协议制作STM32芯片。即STM32F4系列单片机内核是Cortex-M4。

I总线（ICode）[instruction]：此总线用于将Cortex-M4内核的指令总线连接到总线矩阵，进而去访问存储代码的Flash/SRAM/FSMC；反过来，内核通过此总线获取指令。

D总线（DCode）[data]：此总线用于将Cortex-M4内核的数据总线RAM连接到总线矩阵，进而访问代码或数据存储器（Flash/FSMC）；反过来，内核通过此总线进行数加载和调试。

S总线（S-BUS）[System]：此总线用于将Cortex-M4内核的系统总线连接到总线矩阵，进而访问外设或SRAM中的数据；反过来，内核可通过此总线获取指令，但效率比ICode低。

②DMA总线

此总线用于将DMA总线接口连接到总线矩阵，进而访问存储器SRAM、Flash和AHB、APB外设、数据存储器SRAM/FSMC。

DMA与S-BUS的区别在于DMA可以不占用CPU的资源运行，当你需要接受大量数据（比如串口接收大量数据）时，可以开启DMA，提高CPU的运行效率。

③以太网和USB总线

这两条总线都是DMA访问的，也不占用CPU的资源。

总线矩阵

总线矩阵用于主控总线之间的访问仲裁管理，当有多条主控总线需要访问时，采用循环调度的算法进行仲裁。

AHB（Advanced High performance Bus）：高级高性能总线，连接总线矩阵和被控总线。其中，访问到外设的总线称为APB1/APB2（Advanced Peripheral Bus）外设总线。（中间可能经过分频）

被控总线

被控总线主要分三种：Flash总线、SRAM存储器总线、AHB外设总线（APB1/APB2）。

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