STM32F4xxx的CORTEX-M4内核编程手册资源-CSDN文库

STM32F4

Cortex-M4

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September 2012 Doc ID 022708 Rev 3 1/243

PM0214

Programming manual

STM32F3xxx and STM32F4xxx

Cortex-M4 programming manual

Introduction

This programming manual provides information for application and system-level software

developers. It gives a full description of the STM32F3xxx and F4xxx Cortex™-M4 processor

programming model, instruction set and core peripherals.

The STM32F3xxx and F4xxx Cortex™-M4 processor is a high performance 32-bit

processor designed for the microcontroller market. It offers significant benefits to

developers, including:

■ Outstanding processing performance combined with fast interrupt handling

■ Enhanced system debug with extensive breakpoint and trace capabilities

■ Efficient processor core, system and memories

■ Ultra-low power consumption with integrated sleep modes

■ Platform security

This programming manual applies to the products and tools listed in Table 1.

Related documents for further reading on STM32F4xxx and STM32F3xxx implementations

are available from the STMicroelectronics web site (http://www.st.com):

● STM32F3xxx, STM32F40x and STM32F41x datasheets

● STM32F40x and STM32F41x reference manual (RM0090)

● STM32F37x/38x and STM32F30x/31xx reference manuals (RM0313 and RM00316)

Table 1. Applicable products and tools

Type Part numbers

Microcontrollers

STM32F3 Analog & DSP

STM32F3xxx

STM32F4 Hi-Performance & DSP

STM32F4xxx

Evaluation tools

STM32F3DISCOVERY

STM32F4DISCOVERY

STM32303C-EVAL

STM32373C-EVAL

STM3240G-EVAL

www.st.com

Contents PM0214

2/243 Doc ID 022708 Rev 3

Contents

1 About this document . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.1 Typographical conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.2 List of abbreviations for registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3 About the STM32 Cortex-M4 processor and core peripherals . . . . . . . . . 13

1.3.1 System level interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.3.2 Integrated configurable debug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.3.3 Cortex-M4 processor features and benefits summary . . . . . . . . . . . . . . 14

1.3.4 Cortex-M4 core peripherals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2 The Cortex-M4 processor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.1 Programmers model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.1.1 Processor mode and privilege levels for software execution . . . . . . . . . 16

2.1.2 Stacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.1.3 Core registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.1.4 Exceptions and interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.1.5 Data types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.1.6 The Cortex microcontroller software interface standard (CMSIS) . . . . . 25

2.2 Memory model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.2.1 Memory regions, types and attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.2.2 Memory system ordering of memory accesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.2.3 Behavior of memory accesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.2.4 Software ordering of memory accesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.2.5 Bit-banding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.2.6 Memory endianness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.2.7 Synchronization primitives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.2.8 Programming hints for the synchronization primitives . . . . . . . . . . . . . . 34

2.3 Exception model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3.1 Exception states . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3.2 Exception types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3.3 Exception handlers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.3.4 Vector table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.3.5 Exception priorities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.3.6 Interrupt priority grouping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.3.7 Exception entry and return . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

PM0214 Contents

Doc ID 022708 Rev 3 3/243

2.4 Fault handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.4.1 Fault types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.4.2 Fault escalation and hard faults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.4.3 Fault status registers and fault address registers . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.4.4 Lockup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.5 Power management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.5.1 Entering sleep mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.5.2 Wakeup from sleep mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.5.3 External event input / extended interrupt and event input . . . . . . . . . . . 48

2.5.4 Power management programming hints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3 The STM32 Cortex-M4 instruction set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.1 Instruction set summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.2 CMSIS intrinsic functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.3 About the instruction descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.3.1 Operands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.3.2 Restrictions when using PC or SP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.3.3 Flexible second operand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.3.4 Shift operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.3.5 Address alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.3.6 PC-relative expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.3.7 Conditional execution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.3.8 Instruction width selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.4 Memory access instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.4.1 ADR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.4.2 LDR and STR, immediate offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.4.3 LDR and STR, register offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.4.4 LDR and STR, unprivileged . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

3.4.5 LDR, PC-relative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.4.6 LDM and STM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.4.7 PUSH and POP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.4.8 LDREX and STREX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.4.9 CLREX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3.5 General data processing instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3.5.1 ADD, ADC, SUB, SBC, and RSB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.5.2 AND, ORR, EOR, BIC, and ORN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Contents PM0214

4/243 Doc ID 022708 Rev 3

3.5.3 ASR, LSL, LSR, ROR, and RRX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.5.4 CLZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

3.5.5 CMP and CMN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

3.5.6 MOV and MVN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

3.5.7 MOVT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

3.5.8 REV, REV16, REVSH, and RBIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

3.5.9 SADD16 and SADD8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

3.5.10 SHADD16 and SHADD8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

3.5.11 SHASX and SHSAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

3.5.12 SHSUB16 and SHSUB8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

3.5.13 SSUB16 and SSUB8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.5.14 SASX and SSAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

3.5.15 TST and TEQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.5.16 UADD16 and UADD8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

3.5.17 UASX and USAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

3.5.18 UHADD16 and UHADD8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

3.5.19 UHASX and UHSAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

3.5.20 UHSUB16 and UHSUB8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

3.5.21 SEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

3.5.22 USAD8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

3.5.23 USADA8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

3.5.24 USUB16 and USUB8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

3.6 Multiply and divide instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

3.6.1 MUL, MLA, and MLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

3.6.2 UMULL, UMAAL and UMLAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

3.6.3 SMLA and SMLAW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

3.6.4 SMLAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

3.6.5 SMLAL and SMLALD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

3.6.6 SMLSD and SMLSLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

3.6.7 SMMLA and SMMLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

3.6.8 SMMUL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

3.6.9 SMUAD and SMUSD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

3.6.10 SMUL and SMULW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

3.6.11 UMULL, UMLAL, SMULL, and SMLAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

3.6.12 SDIV and UDIV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

3.7 Saturating instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

3.7.1 SSAT and USAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

PM0214 Contents

Doc ID 022708 Rev 3 5/243

3.7.2 SSAT16 and USAT16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

3.7.3 QADD and QSUB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

3.7.4 QASX and QSAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

3.7.5 QDADD and QDSUB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

3.7.6 UQASX and UQSAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

3.7.7 UQADD and UQSUB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

3.8 Packing and unpacking instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

3.8.1 PKHBT and PKHTB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

3.8.2 SXT and UXT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

3.8.3 SXTA and UXTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

3.9 Bitfield instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

3.9.1 BFC and BFI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

3.9.2 SBFX and UBFX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

3.9.3 SXT and UXT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

3.9.4 Branch and control instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

3.9.5 B, BL, BX, and BLX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

3.9.6 CBZ and CBNZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

3.9.7 IT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

3.9.8 TBB and TBH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

3.10 Floating-point instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

3.10.1 VABS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

3.10.2 VADD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

3.10.3 VCMP, VCMPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

3.10.4 VCVT, VCVTR between floating-point and integer . . . . . . . . . . . . . . . 153

3.10.5 VCVT between floating-point and fixed-point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

3.10.6 VCVTB, VCVTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

3.10.7 VDIV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

3.10.8 VFMA, VFMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

3.10.9 VFNMA, VFNMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

3.10.10 VLDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

3.10.11 VLDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

3.10.12 VLMA, VLMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

3.10.13 VMOV immediate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

3.10.14 VMOV register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

3.10.15 VMOV scalar to ARM core register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

3.10.16 VMOV ARM core register to single precision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

3.10.17 VMOV two ARM core registers to two single precision . . . . . . . . . . . . 163

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评论收藏

内容反馈

qq_41827386

2019-03-06

感谢啊，正是我想要的
oTanciceCream1

2017-11-01

确实很不错的文档，谢谢
chentingcathy

2015-05-21

还不错，可以用
cat_lover

2015-01-22

确实很不错的文档，谢谢！

nancliu

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