第1章

SIOC實驗板簡介

1.1 為何 SIOC實驗板？

SIOC是Smart I/O Card的縮寫，這是一塊由中央大學MIAT實驗室所研發的極精簡ARM Cortex-M3嵌入式系統開發平台，也是一塊價廉的泛用型嵌入式系統實驗板。上面使用義法半導體公司(STMicroelectronics)的微控制器STM32F103C8T6為做為主要核心晶片，這顆微控制器具有32 bit的ARM Cortex-M3嵌入式處理器，除了核心晶片，實驗板還包括了電源、USB接頭與幾個被動元件，實驗板上並沒有任何其他的週邊硬體。

讀者也許會懷疑，如此陽春的實驗板，如何能夠進行實驗？如何觀察輸入輸出？如何驗證程式執行結果？

事實上，這塊實驗板正是為了擺脫臃腫、昂貴且經常搭配許多冗餘週邊卻毫無設計彈性的實驗板規劃概念。SIOC提供最完整的嵌入式系統的實驗項目、最方便簡潔的實驗流程和最大彈性週邊擴充功能。它極小的尺寸和最少化的配件(除了主板就只有一條USB連接線)，讓學習者方便隨身攜帶和隨時隨地進行實驗或展示。

在SIOC實驗板上，STM32F103核心晶片的所有的腳位全部拉出，為了讓使用者自行接上他們需要的外部週邊硬體，例如TFT顯示器(有些人想用16x2文字型LCD，有的人則想要使用128x128點陣LCD，有的人則要用4吋的觸控全彩LCD)；如果他們不想接上週邊(太花時間或者太花錢)，他們可以使用SIOC所提供的VCP(Virtual Com Port，虛擬串列阜)，藉由USB，在超級終端機上進行所有的實驗。透過電腦傳送資料到STM32，也可以在電腦上接收觀看STM32所傳回的執行結果。一旦程式驗證無誤，才真正接上外部週邊硬體，如此才是最有效率的嵌入式系統開發。

SIOC實驗板把所有的輸入輸出簡化成只有一個界面：USB。這個USB界面提供實驗電源，也同時作為程式燒錄界面，更是實驗板與PC資料傳輸和週邊模擬器的界面。只需要單一USB界面，我們可以整合所有實驗所需的電源供應、程式燒錄和虛擬周邊輸入輸出功能，簡化了繁複接線、多重週邊的必要性，也縮短了系統開發週期。

SIOC實驗板採用2.54mm間距排針拉出所有外部擴充所需要的信號，讓使用者可以很有彈性的連接實驗週邊電路，可以使用杜邦線進行外部的接線，或者2.54mm間距排針也可以直接插在一般學校實驗課常用的麵包板，以便快速進行外部週邊擴充或應用專題實驗。例如可以將SIOC插在小型的自走車，或者與CPLD/FPGA整合進行軟硬體共同設計實驗。

1.2 SIOC實驗板硬體說明

SIOC實驗板的照片與元件配置標示如圖1，標明了處理器、連接器、按鈕開關與LED等等的位置。

圖1 SIOC實驗板照片與元件配置標示圖

SIOC實驗板提供之硬體資源：

l微控制器編號STM32F103C8T6，包裝規格 LQFP 48

處理器硬體特性如下：

n處理器核心：ARM 32-bit Cortex™-M3 CPU

–72 MHz 時脈, 1.25 DMIPS/MHz (Dhrystone 2.1)

–單一時脈週期的硬體乘法和除法運算

n記憶體

–64Kbytes Flash記憶體

–20Kbytes SRAM

nClock, reset and供電管理

–2.0 to 3.6 V供電

– POR, PDR, and 可程式電壓偵測 (PVD)

– 4-to-16 MHz石英震盪器

–內部 8 MHz factory-trimmed RC

–內部40 kHz RC

– PLL for CPU clock

– 32 kHz震盪器for RTC

n2 × 12-bit, 1 μs A/D 轉換 (10 channels)

–轉換範圍: 0 to 3.6 V

– 可雙取樣和保持(Dual-sample and hold)

– 內建溫度感測器

nDMA:

–7-channel DMA控制器

–內部週邊有: timers, ADCs, SPIs, I²Cs 和USARTs

nDebug 模式

– Serial wire debug (SWD) & JTAG界面

n37 I/O ports

–所有I/O可接至16外部中斷

nTimers

–3個6-bit timers

–16-bit, 馬達控制PWM timer

– 2個watchdog timers

– SysTick timer: a 24-bit 下數計數器(downcounter)

n通訊界面

– 2個 I²C界面(SMBus/PMBus)

– 3個USARTs (ISO 7816界面, LIN, IrDA 相容)

– 2個SPIs (18 Mbit/s)

– CAN 界面(2.0B Active)

– USB 2.0 full speed 界面(SIOC實驗板使用的輸入輸出界面)

nCRC 計算單元, 96-bit識別ID

n8MHz crystal系統時脈

n32.768KHz crystal 為即時時鐘(RTC)時脈

n可由USB介面下載(Download)使用者程式

n核心晶片之I/O接腳以2.54mm排針連接，易於擴充。

n可由EX5V接腳或mini USB座提供

1.3 SIOC硬體配置與設定說明

電源輸入

如圖2所示，可由USB座或EX5V 接腳供電，當連接電源時，POWER LED被點亮。

圖2. 實驗板電源供應示意圖

處理器啟動模式選擇

實驗板透過JP1來選擇由主要快閃記憶體或系統記憶體之一來執行如圖3和表1所示，預設為BOOT0=0，BOOT1=0，使用主要快閃記憶體執行。

圖3. JP1位置與電路圖。

表1. 啟動模式選擇。

Jumper Configuration	Boot mode		Boot space
Jumper Configuration	BOOT1	BOOT0	Boot space
	X	0	Embedded main Flash memory(預設選項)
	0	1	System memory with boot loader for ISP

RESET與DFU Button

DFU Button在完成燒錄功能後，可當測試輸入觸控開關使用。如圖4。

Pin Name	I/O assignment
PB11	DFU Button
RESET	RESET Button

圖4. 按鈕開關電路圖與腳位配置名稱

VDD(3.0V)電源輸出

SIOC實驗板提供VDD(3.0V)輸出可作為外接實驗子板MIAT_IOB之電源或其他實驗周邊之電源需求，如圖5。所能提供的電流大小依不同電源輸入而會有所改變，一般使用PC之USB介面作為電源輸入可提供5V/500mA，若外接實驗週邊使得POWER LED有閃爍、偏暗或熄滅的情況發生時，表示超過可使用的電流量，建議將外接的實驗周邊另外連接獨立的電源或將USB供電改由EX5V接腳供電並使用具有較高輸出電流之電源。