GD32F103学习笔记（2）——在GD32F103移植STM3

作者: Leung_ManWah | 来源:发表于2022-04-08 11:02 被阅读0次

一、GD32与STM32区别

1.1 内部结构区别

1.1.1 内核

GD32采用二代的M3内核，STM32主要采用一代M3内核，下图是ARM公司的M3内核勘误表，GD使用的内核只有752419这一个BUG。

1.1.2 主频时钟

使用HSE(高速外部时钟)：GD32的主频最大108M，STM32的主频最大72M
使用HSI(高速内部时钟)：GD32的主频最大108M，STM32的主频最大64M

主频大意味着单片机代码运行的速度会更快，GD32的_NOP()时间比STM32更加短，所以不使用定时器做延时时要注意修改，项目中如果需要进行刷屏，开方运算，电机控制等操作，GD是一个不错的选择。

1.1.3 启动时间

GD32启动时间相同，由于GD运行稍快，需要延长上电时间配置(2ms)。

1.1.4 时序要求

GD32对时序要求严格，配置外设需要先打开时钟，否则可能导致外设无法配置成功；STM32的可以先配置再开时钟。

1.1.5 供电

	GD32F	STM32F
外部电压	2.6-3.6V	2.0-3.6V
内核电压	1.2V	1.8V

外部供电：GD32外部供电范围是2.6-3.6V，STM32外部供电范围是2.0-3.6V。GD32的供电范围比STM32相对要窄一点。
内核电压：GD32内核电压是1.2V，STM32内核电压是1.8V。GD的内核电压比STM32的内核电压要低，所以GD的芯片在运行的时候运行功耗更低。

1.2 内部FLASH区别

1.2.1 Flash擦除时间

GD32的Flash是自主研发的，和STM32的不一样。

GD Flash执行速度：GD32 Flash中程序执行为0等待周期。
STM32 Flash执行速度：ST系统频率不访问Flash等待时间关系：0等待周期，当0<SYSCLK<24MHz，1等待周期，当24MHz<SYSCLK≤48MHz，2等待周期，当48MHz<SYSCLK≤72MHz。

Flash擦除时间：GD32的Flash擦除时间要比STM32更长，官方给出的数据是这样的：GD32F103/101系列Flash 128KB 及以下的型号， Page Erase 典型值100ms，实际测量60ms左右。对应的ST 产品Page Erase 典型值20~40ms。

1.2.2 Flash和RAM容量

GD32的Flash最大有3M，STM32最大只有1M。

1.3 功耗区别

功耗区别(以128k以下容量的作为参考)

模式	GD32F10x	STM32F10x
睡眠模式 Sleep	12.4mA	7.5mA
深度睡眠模式 Deep Sleep	1.4mA	24uA
待机模式 Stand By	10.5uA	3.4uA
运行功耗	32.4mA/72M	52mA/72M

功耗上GD32的静态功耗要相对高一点。从上面的表可以看出GD的产品在相同主频情况下，GD的运行功耗比STM32小，但是在相同的设置下GD的停机模式、待机模式、睡眠模式比STM32还是要高的。

1.4 外围硬件区别

1.4.1 串口

GD在连续发送数据的时候每两个字节之间会有一个Bit的Idle，而STM32没有。
GD32的串口在发送的时候停止位只有1/2两种停止位模式。STM32有0.5/1/1.5/2四种停止位模式。

1.4.2 ADC

GD32的输入阻抗和采样时间的设置和STM32有一定差异，相同配置GD采样的输入阻抗相对来说要小。
具体情况见下表这是跑在72M的主频下，ADC的采样时钟为14M的输入阻抗和采样周期的关系：

1.4.3 FSMC

STM32只有100Pin以上的大容量（256K及以上）才有FSMC，GD32所有的100Pin 或 100Pin以上的都有FSMC。

1.4.4 SWD接口

GD32的SWD接口驱动能力比STM32弱，可以有如下几种方式解决：

线尽可能短一些；
降低SWD通讯速率；
SWDIO接10k上拉，SWCLK接10k下拉。

1.4.5 BOOT0管脚

GD32的BOOT0必须接10K下拉或接GND，STM32可悬空。

1.4.6 RC复位电路

RC复位电路必须要有，否则MCU可能不能正常工作，STM32有时候可以不要。

二、硬件替换需要注意的地方

从上面的介绍中，我们可以看出，GD32F103系列和STM32F103系列是兼容的，但也需要一些注意的地方。

BOOT0必须接10K下拉或接GND，ST可悬空，这点很重要。
RC复位电路必须要有，否则MCU可能不能正常工作，ST的有时候可以不要。
有时候发现用仿真器连接不上。因为GD的SWD接口驱动能力比ST弱，可以有如下几种方式解决：
1. 线尽可能短一些；
2. 降低SWD通讯速率；
3. SWDIO接10k上拉，SWCLK接10k下拉。
使用电池供电等，注意GD的工作电压，例如跌落到2.0V~2.6V区间，ST还能工作，GD可能无法启动或工作异常。
在GD32F103小容量产品中使用有源晶振，发现会在MCU的复位管脚一直把电平拉到0.89V，电平不能保持在高电平。是由于部分有源晶振起振时间太快，复位信号还没有完成导致的。解决方法就是在有源晶振的输入端与地之前并上一个30pF电容。

三、使用ST标准库开发需要修改的地方

3.1 时序要求

GD32对时序要求严格，配置外设需要先打开时钟，否则可能导致外设无法配置成功；STM32的可以先配置再开时钟。

3.2 修改外部晶振启动时间

不用外部晶振可跳过这步。
由于GD与ST的启动时间存在差异，为了让GD MCU更准确复位，需要对下面参数进行修改。

在 stm32f10x.h 头文件中

将宏定义：
#define HSE_STARTUP_TIMEOUT ((uint16_t)0x0500)
修改为：
#define HSE_STARTUP_TIMEOUT ((uint16_t)0xFFFF)

3.3 修改主频

3.3.1 以72MHz运行

只需要修改上面提到的 HSE_STARTUP_TIMEOUT 把这个从 ((uint16_t)0x0500) 改为 ((uint16_t)0xFFFF)

3.3.2 以108MHz运行

打开 system_stm32f10x.c，将原有的宏注释掉，然后手动添加新的108MHz的宏

代码如下：

#define SYSCLK_FREQ_108MHz  108000000

因为改了宏，下面通过宏来给 SystemCoreClock 赋值也要修改

代码如下：

#elif defined SYSCLK_FREQ_108MHz
  uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_108MHz;       /*!< System Clock Frequency (Core Clock) */

然后还要修改通过宏来选择的函数，就是用来初始化系统时钟配置的，最主要的函数（这个函数是本来没有的，自己设置的）

代码如下：

#elif defined SYSCLK_FREQ_108MHz
  static void SetSysClockTo108(void);

同理，SetSysClock() 也要修改

代码如下：

#elif defined SYSCLK_FREQ_108MHz
  SetSysClockTo108();

最后实现108MHz的函数 SetSysClockTo108()，可以在文件最下面实现，注释掉上面一行的 #endif

代码如下：

#elif defined SYSCLK_FREQ_108MHz
/**
  * @brief  使用内部时钟倍频到108MHz 
  * @note   This function should be used only after reset.
  * @param  None
  * @retval None
  */
#define  RCC_CFGR_PLLMULL27                 ((uint32_t)0x08280000)
static void SetSysClockTo108(void)
{
    /* Enable Prefetch Buffer */
    FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;

    /* Flash 2 wait state */
    FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);
    FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;    

 
    /* HCLK = SYSCLK */
    RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
      
    /* PCLK2 = HCLK */
    RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
    
    /* PCLK1 = HCLK */
    RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;


    /*  PLL configuration: PLLCLK = HSI * 27 = 108 MHz */
    RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |
                                        RCC_CFGR_PLLMULL));
    RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLMULL27);


    /* Enable PLL */
    RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;

    /* Wait till PLL is ready */
    while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
    {
    }
    
    /* Select PLL as system clock source */
    RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
    RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;    

    /* Wait till PLL is used as system clock source */
    while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08)
    {
    }
}
#endif

还没结束，这样的话可以实现108MHz，但会有串口波特率错误的BUG，还需要以下修改。

3.4 修改RCC文件

时钟改为108MHz后如果不修改RCC文件会导致串口不合适，需要修改 stm32f10x_rcc.c 文件。具体不懂可以参考GD的手册。

打开 stm32f10x_rcc.c，找到 RCC_GetClocksFreq() 函数

增加一段这样的代码就可以了

代码如下：

/**
  * @brief  Returns the frequencies of different on chip clocks.
  * @param  RCC_Clocks: pointer to a RCC_ClocksTypeDef structure which will hold
  *         the clocks frequencies.
  * @note   The result of this function could be not correct when using 
  *         fractional value for HSE crystal.  
  * @retval None
  */
void RCC_GetClocksFreq(RCC_ClocksTypeDef* RCC_Clocks)
{
  uint32_t tmp = 0, pllmull = 0, pllsource = 0, presc = 0;

#ifdef  STM32F10X_CL
  uint32_t prediv1source = 0, prediv1factor = 0, prediv2factor = 0, pll2mull = 0;
#endif /* STM32F10X_CL */

#if defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || defined (STM32F10X_HD_VL)
  uint32_t prediv1factor = 0;
#endif
    
  /* Get SYSCLK source -------------------------------------------------------*/
  tmp = RCC->CFGR & CFGR_SWS_Mask;
  
  switch (tmp)
  {
    case 0x00:  /* HSI used as system clock */
      RCC_Clocks->SYSCLK_Frequency = HSI_VALUE;
      break;
    case 0x04:  /* HSE used as system clock */
      RCC_Clocks->SYSCLK_Frequency = HSE_VALUE;
      break;
    case 0x08:  /* PLL used as system clock */

      /* Get PLL clock source and multiplication factor ----------------------*/
      pllmull = RCC->CFGR & CFGR_PLLMull_Mask;  //倍频系数 & 0x003C0000（取18~21）
      pllsource = RCC->CFGR & CFGR_PLLSRC_Mask; //时钟源
      
#ifndef STM32F10X_CL      
      pllmull = ( pllmull >> 18) + 2;   //看手册里面寄存器描述
    
      if (RCC->CFGR & 0x08000000)   //取27位
      {
          pllmull += 15;
      }
      
      if (pllsource == 0x00)
      {/* HSI oscillator clock divided by 2 selected as PLL clock entry */
        RCC_Clocks->SYSCLK_Frequency = (HSI_VALUE >> 1) * pllmull;
      }
      else
      {
 #if defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || defined (STM32F10X_HD_VL)
       prediv1factor = (RCC->CFGR2 & CFGR2_PREDIV1) + 1;
       /* HSE oscillator clock selected as PREDIV1 clock entry */
       RCC_Clocks->SYSCLK_Frequency = (HSE_VALUE / prediv1factor) * pllmull; 
 #else
        /* HSE selected as PLL clock entry */
        if ((RCC->CFGR & CFGR_PLLXTPRE_Mask) != (uint32_t)RESET)
        {/* HSE oscillator clock divided by 2 */
          RCC_Clocks->SYSCLK_Frequency = (HSE_VALUE >> 1) * pllmull;
        }
        else
        {
          RCC_Clocks->SYSCLK_Frequency = HSE_VALUE * pllmull;
        }
 #endif
      }
#else
      pllmull = pllmull >> 18;
      
      if (pllmull != 0x0D)
      {
         pllmull += 2;
      }
      else
      { /* PLL multiplication factor = PLL input clock * 6.5 */
        pllmull = 13 / 2; 
      }
            
      if (pllsource == 0x00)
      {/* HSI oscillator clock divided by 2 selected as PLL clock entry */
        RCC_Clocks->SYSCLK_Frequency = (HSI_VALUE >> 1) * pllmull;
      }
      else
      {/* PREDIV1 selected as PLL clock entry */
        
        /* Get PREDIV1 clock source and division factor */
        prediv1source = RCC->CFGR2 & CFGR2_PREDIV1SRC;
        prediv1factor = (RCC->CFGR2 & CFGR2_PREDIV1) + 1;
        
        if (prediv1source == 0)
        { /* HSE oscillator clock selected as PREDIV1 clock entry */
          RCC_Clocks->SYSCLK_Frequency = (HSE_VALUE / prediv1factor) * pllmull;          
        }
        else
        {/* PLL2 clock selected as PREDIV1 clock entry */
          
          /* Get PREDIV2 division factor and PLL2 multiplication factor */
          prediv2factor = ((RCC->CFGR2 & CFGR2_PREDIV2) >> 4) + 1;
          pll2mull = ((RCC->CFGR2 & CFGR2_PLL2MUL) >> 8 ) + 2; 
          RCC_Clocks->SYSCLK_Frequency = (((HSE_VALUE / prediv2factor) * pll2mull) / prediv1factor) * pllmull;                         
        }
      }
#endif /* STM32F10X_CL */ 
      break;

    default:
      RCC_Clocks->SYSCLK_Frequency = HSI_VALUE;
      break;
  }

  /* Compute HCLK, PCLK1, PCLK2 and ADCCLK clocks frequencies ----------------*/
  /* Get HCLK prescaler */
  tmp = RCC->CFGR & CFGR_HPRE_Set_Mask;
  tmp = tmp >> 4;
  presc = APBAHBPrescTable[tmp];
  /* HCLK clock frequency */
  RCC_Clocks->HCLK_Frequency = RCC_Clocks->SYSCLK_Frequency >> presc;
  /* Get PCLK1 prescaler */
  tmp = RCC->CFGR & CFGR_PPRE1_Set_Mask;
  tmp = tmp >> 8;
  presc = APBAHBPrescTable[tmp];
  /* PCLK1 clock frequency */
  RCC_Clocks->PCLK1_Frequency = RCC_Clocks->HCLK_Frequency >> presc;
  /* Get PCLK2 prescaler */
  tmp = RCC->CFGR & CFGR_PPRE2_Set_Mask;
  tmp = tmp >> 11;
  presc = APBAHBPrescTable[tmp];
  /* PCLK2 clock frequency */
  RCC_Clocks->PCLK2_Frequency = RCC_Clocks->HCLK_Frequency >> presc;
  /* Get ADCCLK prescaler */
  tmp = RCC->CFGR & CFGR_ADCPRE_Set_Mask;
  tmp = tmp >> 14;
  presc = ADCPrescTable[tmp];
  /* ADCCLK clock frequency */
  RCC_Clocks->ADCCLK_Frequency = RCC_Clocks->PCLK2_Frequency / presc;
}

原因：

STM32时钟配置寄存器

STM32的27位28位是保留的，但是GD32的是用来配合PLL倍频的。
GD32时钟配置寄存器

全局时钟配置寄存器在GD中命名时RCC_GCFGR，在STM32中命名为RCC_CFGR，关于PLL倍频系数配置PLLMF不同，红框内是先将HSE（8兆）分频为2得到4兆，然后27倍频得到108兆。

这时就得到了108兆的主频时钟
然后修改读取时钟的函数void RCC_GetClocksFreq(RCC_ClocksTypeDef* RCC_Clocks)

当发现时RCC_CFGR第27位置位了，就将倍频数从12+15 = 27。

3.5 修改代码执行速度

GD采用专利技术，提高了相同工作频率下的代码执行速度，带来了高性能的使用体验。这样一些在ST下面编写的程序如 While或者是For循环的延时，移植到GD上面来肯定相应的延时会变短。 使用Timer定时器无影响。所以有用到这种延时方法的得根据实际情况进行一定的调整。GD的代码执行速度比ST更快，那么在应用中如果有一些判断的结构不够严谨也可能会导致问题。

案例 1：
在软件中编写了一个延时函数如下：
void delay(void) 
{ 
   uint8_t i; 
   for(i = 0; i < 75; i++); 
} 
通过实测相同的这一段代码：
ST执行该函数的延时时间是 7.4us
GD 执行该函数的延时时间是 5.4us 。

案例 2：
采用 IO模拟 I2C 的查应答函数的编写如下
#define SDA_Status() GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) 
void CheckACK(void) 
{ 
    cAcknowledge = true;
    if(SDA_Status()) 
    { 
        cAcknowledge = false; 
    } 
}
ST上面执行OK ，但是在GD上面运行不正常，其实这是由于GD的执行速度更快，ACK信号还出来，语句就已经执行完成了。建议修改代码：
#define SDA_Status() GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) 
void CheckACK(void) 
{ 
    uint8_t ucErrTimer = 0; 
    cAcknowledge = true;
    while(SDA_Status()) 
    { 
        ucErrTime++; 
        if(ucErrTime>250) 
        { 
            cAcknowledge = false; 
        } 
    } 
}

3.6 Flash方面

由于 GD 的 Flash 是自己的专利技术，ST 的 Flash 是第三方提供的，所以 GD 的 Flash 和 ST 的 Flash 有些许差异。GD32F10X Flash取值零等待，而 ST 需要 2 个等待周期，但 GD 的擦除和写入时间会长一点。

3.6.1 设置读保护用法

在代码中设置读保护，如果使用外部工具读保护比如JFLASH或脱机烧录器设置，可跳过此步骤。
在写完key序列后，需要读该位，确认key已生效，修改如下：

总共需要修改如下四个函数：

FLASH_Status FLASH_EraseOptionBytes(void)
FLASH_Status FLASH_ProgramOptionByteData(uint32_t Address, uint8_t Data)
FLASH_Status FLASH_EnableWriteProtection(uint32_t FLASH_Pages)
FLASH_Status FLASH_ReadOutProtection(FunctionalState NewState)

3.6.2 修改擦出和写的超时宏定义

GD与ST在Flash的Erase和Program时间上有差异，修改如下：

3.6.3 修改分区

需求Flash大于256K注意，小于256K可以忽略这项。
与ST不同，GD的Flash存在分区的概念，前256K，CPU执行指令零等待，称code区，此范围外称为dataZ区。两者在擦写操作上没有区别，但在读操作时间上存在较大差别，code区代码取值零等待，data区执行代码有较大延迟，代码执行效率比code区慢一个数量级，因此data区通常不建议运行对实时性要求高的代码，为解决这个问题，可以使用分散加载的方法，比如把初始化代码，图片代码等放到data区。

3.7 ADC方面

ADC通道要配置成模拟输入，芯片默认是浮空输入，如果不配成模拟输入，ST的可以正常采集，GD不行
ADC时钟没有手动配置分频最大运行频率14MHz以内，ST可以正常采集，GD不行。
采样周期配置如下：RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Divx);
ADC使能后需要加不少于20us延时，for(i=0;i<0x1000;i++)。
采样精度不如STM32F103，GD32F103存在这个问题，如果对ADC精度要求不高可以选用，可以选用PIN TO PIN兼容F103系列的GD32E103和GD32F303系列解决。
ADC输入阻抗和采样周期选择
从ST 移植到 GD, 使用到 ADC 的话需要根据具体情况相应的修改采样周期。具体参数见下表：
ADC_CR2中的ADON使用方法
当ADON=0 时写入 1后，需要等待一段时间 t_WAIT ，才能进行后续操作。
t_WAIT 的计算公式如下： t_WAIT≥14×t_ADCClk。参见 AN003 文档 Section 2.2 。
小容量的芯片需要注意这个问题，大容量的这个问题当前已经修改过。
ADC_SR中的EOC标志位使用
GD32F103/101 系列 Flash 128KB 及以下的型号 ,在 ADC 的Regular group 或Injected group 转换完成时，由硬件自动置 1；由软件写入 0 清除该位。参见 AN003 文档 Section 3 。
ADC采集三角波问题
ADC采集三角波会出现横向偏移，软件上去除软件校准， GD 出厂的时候已经校准过。

3.8 更多内容

查看 GD32F103x-移植指南
百度网盘：https://pan.baidu.com/s/1cFQoJXJMDpiAH-fwsEl4eg?pwd=8dng
提取码：8dng
阿里云盘：https://www.aliyundrive.com/s/r8g21zeL3Ua

• 由 Leung 写于 2022 年 4 月 8 日

• 参考：GD32和STM32的区别
　　　　浅谈GD32与STM32之间的区别
　　　　 GD32F103快速替换STM32F103
　　　　在GD32F103移植STM32F103代码
　　　　使用STM32固件库开发GD32 汇总

GD32F103学习笔记（2）——在GD32F103移植STM3

一、GD32与STM32区别

1.1 内部结构区别

1.1.1 内核

1.1.2 主频时钟

1.1.3 启动时间

1.1.4 时序要求

1.1.5 供电

1.2 内部FLASH区别

1.2.1 Flash擦除时间

1.2.2 Flash和RAM容量

1.3 功耗区别

1.4 外围硬件区别

1.4.1 串口

1.4.2 ADC

1.4.3 FSMC

1.4.4 SWD接口

1.4.5 BOOT0管脚

1.4.6 RC复位电路

二、硬件替换需要注意的地方

三、使用ST标准库开发需要修改的地方

3.1 时序要求

3.2 修改外部晶振启动时间

3.3 修改主频

3.3.1 以72MHz运行

3.3.2 以108MHz运行

3.4 修改RCC文件

3.5 修改代码执行速度

3.6 Flash方面

3.6.1 设置读保护用法

3.6.2 修改擦出和写的超时宏定义

3.6.3 修改分区

3.7 ADC方面

3.8 更多内容

相关文章

网友评论

延伸阅读

深度阅读

栏目导航

热点阅读

already