第2章：点钞机硬件平台介绍
好，咱们直接进入正题。上一章聊了Bootloader的整体概念，这一章得把硬件平台讲透。毕竟做嵌入式开发，说白了就是跟硬件打交道。你代码写得再漂亮，硬件资源规划不好，照样跑不起来。
我个人习惯，做任何项目之前，先把芯片选型和资源分区定死。这就像盖房子，地基没打好，后面全是坑。我在点钞机项目里就吃过这个亏，后面会细说。
2.1 主控芯片选型：为什么是STM32F4系列？
点钞机这玩意儿，对主控的要求其实挺刁钻的。你想想看，它要同时处理电机控制、传感器数据采集、图像识别、UI显示，还得保证实时性。一般的Cortex-M3可能就吃力了。
我选STM32F4系列，主要看中三点：
- 性能够用：Cortex-M4内核带FPU，主频能到168MHz甚至180MHz。点钞时的图像处理算法，浮点运算少不了。没有硬件FPU，纯软件模拟，那延迟你受不了。
- 外设丰富：定时器、ADC、DMA、FSMC（用于驱动LCD），基本把点钞机需要的接口全包了。不用额外挂太多芯片，成本也压得住。
- 生态成熟：HAL库、LL库、各种中间件，网上资料一抓一大把。真遇到问题，不至于抓瞎。
具体型号我常用STM32F407VGT6。为什么是它？1024KB Flash + 192KB RAM，对于点钞机的Bootloader加应用程序来说，空间刚刚好。我曾经试过用F405，Flash小了256KB，结果固件塞不下，最后还得换芯片，折腾死。
核心选型要点：
- Flash至少1MB（Bootloader + App + 备份区）
- RAM至少128KB（图像缓存 + 堆栈）
- 定时器数量≥8个（电机、传感器、PWM各司其职）
- ADC通道≥4个（磁头、红外、紫外传感器）
2.2 Flash与RAM分区规划
嗯，这里要注意。分区规划是Bootloader设计的重中之重。规划不好，后面升级固件时，你连哭的地方都没有。
我一般把STM32F4的1MB Flash分成这么几块：
| 分区名称 | 起始地址 | 大小 | 用途 |
|---|---|---|---|
| Bootloader区 | 0x08000000 | 64KB | 存放Bootloader固件，负责启动和升级 |
| App区（主程序） | 0x08010000 | 512KB | 点钞机核心业务逻辑 |
| App备份区 | 0x08090000 | 512KB | OTA升级时的备份，防止升级失败变砖 |
| 参数存储区 | 0x08110000 | 64KB | 校准参数、用户设置、序列号等 |
| 日志区 | 0x08120000 | 剩余空间 | 运行日志，方便调试和故障排查 |
为什么Bootloader只给64KB？因为Bootloader的功能其实很单纯：初始化硬件、检查升级标志、跳转到App。代码量不会太大。给多了浪费，给少了不够用。64KB是我反复试出来的黄金分割点。
RAM分区呢？192KB的RAM，我这样分：
- 堆栈区：32KB。Bootloader和App共用，但启动时重新初始化。
- 图像缓存区：64KB。点钞机要处理纸币图像，这个不能省。
- 传感器数据区：32KB。磁头、红外、紫外传感器的原始数据。
- 动态内存区：64KB。给各种中间件和临时变量用。
避坑指南：我曾经把App备份区放在Bootloader区后面紧挨着，结果有一次升级时写错了地址，直接把Bootloader覆盖了。机器彻底变砖，只能拆机用J-Link重新烧。从那以后，我强制要求Bootloader区必须写保护，App区和备份区之间留出足够的安全间隙。
2.3 外设接口详解
点钞机的外设，说白了就三大块：电机驱动、传感器、显示屏。每一块都有讲究。
2.3.1 电机驱动接口
点钞机里一般有两个电机：一个走钞电机，一个分钞电机。走钞电机负责把纸币一张张送进去，分钞电机负责把重叠的纸币分开。
我用的驱动方案是：
- 电机类型：直流有刷电机，便宜且控制简单。
- 驱动芯片：L298N或DRV8833。STM32的定时器输出PWM，通过驱动芯片控制电机转速。
- 接口分配：TIM1_CH1和TIM1_CH2分别控制两个电机，频率20kHz，避免人耳听到噪音。
- 编码器反馈：每个电机配一个霍尔编码器，接STM32的定时器编码器模式，实时读取转速。
这里有个小技巧：电机启动时，PWM占空比要慢慢增加，不能一步到位。否则电流冲击太大，容易把电源拉垮。我在项目中遇到过，开机瞬间电机猛转，结果显示屏直接黑屏重启。后来加了软启动，问题解决。
2.3.2 传感器接口
点钞机的传感器种类多，但接口方式就那么几种：
| 传感器类型 | 接口方式 | STM32外设 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 红外对管 | GPIO输入 | PA0-PA7 | 检测纸币有无、位置 |
| 磁头传感器 | 模拟量输入 | ADC1_IN0-IN3 | 检测纸币磁性特征 |
| 紫外传感器 | 模拟量输入 | ADC1_IN4-IN7 | 检测纸币荧光反应 |
| 厚度传感器 | 模拟量输入 | ADC2_IN0 | 检测纸币重叠 |
| 图像传感器（CIS） | FSMC + DMA | FSMC_NE1 + DMA2 | 扫描纸币图像，用于冠字号识别 |
你想想看，点钞机每秒要处理10-15张纸币。每张纸币经过时，所有传感器都要采集数据。这个速度，用CPU轮询肯定不行。我全部用DMA + 定时器触发，数据自动搬运到RAM里，CPU只管处理。
个人经验：磁头传感器的信号很微弱，只有几毫伏。ADC采样时，我习惯用DMA的循环模式，连续采样16次然后取平均值。这样能滤掉大部分噪声。别问我怎么知道的，早期版本因为噪声问题，误报率高达30%，被客户骂惨了。
2.3.3 显示屏接口
点钞机的显示屏，常见的有两种：段码LCD和TFT彩屏。段码LCD便宜，但显示内容有限。TFT彩屏贵，但能显示冠字号图像和状态信息。
我一般用3.5寸TFT彩屏，分辨率320x480。接口方式：
- 驱动芯片：ILI9488或ST7789。
- 通信接口：FSMC（Flexible Static Memory Controller）。STM32F4的FSMC可以模拟8080时序，直接驱动TFT屏，速度比SPI快一个数量级。
- 引脚分配：FSMC_D0-D15接数据线，FSMC_NE1接片选，FSMC_NWE接写使能，FSMC_NOE接读使能。
- 背光控制：用定时器PWM控制背光亮度，省电且可调。
这里有个坑：FSMC的时序参数需要根据TFT屏的数据手册仔细配置。太快了屏幕花屏，太慢了刷新率上不去。我刚开始做的时候，直接用HAL库的默认参数，结果屏幕显示全是乱的。后来拿着示波器一点一点调，才搞定。
2.4 硬件平台总结
好了，这一章的内容差不多就这些。总结一下核心要点：
- STM32F4系列是点钞机主控的性价比之选，性能、外设、生态都到位。
- Flash分区要预留Bootloader、App、备份区、参数区，缺一不可。
- 电机驱动用PWM+编码器闭环控制，传感器用DMA批量采集，显示屏用FSMC高速驱动。
- 每个接口都要考虑抗干扰和可靠性，毕竟点钞机是金融设备，稳定压倒一切。
下一章，咱们开始动手写Bootloader的启动代码。我会从复位向量表讲起，一步步带你实现从Flash加载App的全过程。到时候，你会看到这些硬件规划到底是怎么落地的。
嗯，今天就到这儿。有问题随时交流。