[嵌入式]GD32F103学习笔记（2）——在GD32F103移植STM32F103代码

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

• 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)

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：

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。

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

1. 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

2. 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) */

3. 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);

4. 同理，SetSysClock() 也要修改
   

代码如下：

#elif defined SYSCLK_FREQ_108MHz
  SetSysClockTo108();

5. 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的27位28位是保留的，但是GD32的是用来配合PLL倍频的。

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

《新程序员》：云原生和全面数字化实践

50位技术专家共同创作，文字、视频、音频交互阅读