STR91xF ARM966E - S™ 16/32 - Bit Flash MCU 深度解析

作为一名电子工程师，在嵌入式系统设计中，选择合适的微控制器（MCU）至关重要。今天，我们就来深入探讨一下 ST 公司的 STR91xF 系列 MCU，看看它有哪些独特的特性和优势。

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一、产品概述

STR91xF 是一系列由 ARM 提供动力的微控制器，它结合了 16/32 位 ARM966E - S RISC 处理器核心、双组闪存、大容量 SRAM 以及丰富的外设，是各种应用的理想嵌入式控制器，如销售点终端、工业自动化、安全监控、自动售货机、通信网关、串行协议转换和医疗设备等。ARM966E - S 核心能够执行单周期 DSP 指令，非常适合语音处理、音频算法和低端成像应用。

二、功能特性

1. ARM966E - S CPU 核心

ARM966E - S 核心采用哈佛架构，具有独立的指令和数据内存接口，允许 CPU 通过两个紧密耦合的内存（TCM）接口同时获取指令和读写数据。5 级流水线的设计增加了操作并行性，显著提高了每个时钟周期的性能。该核心支持 10 种 DSP 增强指令扩展，包括 32x16 乘法累加、饱和加减和前导零计数的单周期执行。此外，它与 32 位 ARM7 代码和 16 位 Thumb® 代码二进制兼容。

2. 突发闪存内存接口

在 ARM966E - S 核心的指令 TCM（I - TCM）路径中集成了突发闪存内存接口，同时还有 4 指令预取队列（PFQ）和 4 项分支缓存（BC）。这使得 ARM966E - S 核心能够直接从闪存内存执行代码，实现高达 96 MIPS 的性能，而无需昂贵的指令 SRAM、指令缓存或外部 SDRAM。消除指令缓存还减少了中断延迟，使代码执行更具确定性。

3. SRAM

32 位宽的 SRAM 位于 CPU 的数据 TCM（D - TCM）接口上，提供单周期数据访问。D - TCM 与高级高性能总线（AHB）共享 SRAM 访问，通过简单的仲裁逻辑进行控制。当连接电池到指定的备用电池引脚（VBATT）时，在 VDD 引脚的正常工作电压丢失或低于阈值时，SRAM 内容会自动保存。

4. DMA 数据移动

高级高性能总线（AHB）上的 DMA 通道充分利用了哈佛架构提供的独立数据路径，能够快速移动数据，且在很大程度上独立于指令路径。有两个 DMA 单元，一个专门用于在以太网接口和 SRAM 之间移动数据，另一个 DMA 单元有 8 个可编程通道和 16 个请求信号，用于服务其他外设和接口。支持单字和突发 DMA 传输，以及内存到内存和内存到外设的传输。

5. 非易失性存储器

STR91xF 有两个独立的 32 位宽突发闪存存储器，支持真正的边读边写操作。闪存存储器采用单电压擦除/编程，数据保留时间至少为 20 年，擦除周期至少为 100K 次。主闪存比次闪存大得多，CPU 只能从闪存启动。

6. 向量中断控制器（VIC）

中断管理通过级联两个标准 ARM VIC 单元实现。这个组合 VIC 有 32 个优先级中断请求通道，并向 CPU 生成两个中断输出信号：FIQ 和 IRQ，其中 FIQ 优先级更高。

7. 时钟控制单元（CCU）

CCU 生成主时钟频率 (f_{MSTR})，并为 STR91xF 内的各个功能块生成单独缩放和门控的时钟源。主时钟源可以是主振荡器、PLL 或 RTC，CPU 可以在固件控制下在这些输入之间切换。

8. 灵活的电源管理

STR91xF 提供可配置和灵活的电源管理控制，支持运行模式、空闲模式和睡眠模式。通过对 CPU 和各个外设的时钟控制，可以动态管理功耗，以满足系统需求。

9. 通信接口

STR91xF 具有丰富的通信接口，包括 10/100 以太网 MAC、USB 2.0 从设备接口、CAN 2.0B 接口、3 个 UART 接口、2 个 I2C 接口和 2 个 SSP 接口等，满足不同应用的通信需求。

10. 其他外设

还包括 8 通道 10 位 A/D 转换器、4 个 16 位标准定时器、三相感应电机控制器和外部内存接口等，为各种应用提供了强大的支持。

三、引脚描述

STR91xF 有 80 引脚和 128 引脚的 LQFP 封装可供选择。在复位期间和复位后，所有端口 0 - 9 的引脚默认处于高阻抗输入模式，CPU 固件可以为引脚分配其他功能。引脚具有 5V 容限，部分引脚具有高灌电流能力。

四、内存映射

ARM966E - S CPU 寻址一个 4GB 的线性地址空间，从 0x0000.0000 到 0xFFFF.FFFF。SRAM 在三个不同的地址范围进行别名映射，两个独立的闪存存储器可以配置为主闪存或次闪存作为启动存储器。

五、电气特性

1. 绝对最大额定值

需要注意各个引脚的电压和电流限制，避免超过规定的最大额定电压，以防止设备损坏。

2. 工作条件

明确了数字 CPU 电源电压、数字 I/O 电源电压、备用电池电压等工作条件。

3. 其他特性

还包括 LVD 电气特性、DC 电气特性、AC 电气特性、主振荡器和 RTC 振荡器电气特性、PLL 电气特性、闪存存储器特性和 EMC 特性等。

六、总结

STR91xF 系列 MCU 凭借其强大的 ARM966E - S 核心、丰富的外设和灵活的电源管理，为嵌入式系统设计提供了一个高性能、低功耗的解决方案。无论是工业控制、通信还是消费电子领域，STR91xF 都能满足不同应用的需求。作为电子工程师，我们可以根据具体项目的要求，充分发挥 STR91xF 的优势，设计出更加优秀的产品。

大家在使用 STR91xF 过程中遇到过哪些问题呢？或者对它的某个特性有更深入的见解，欢迎在评论区分享交流。