STopen硬件设计1-如何分配STM32F103的IO
在开始设计软件功能之前，我们需要先规划好硬件架构，完成需要的功能设计，同时给软件开发提供一个调试环境和对象，验证软件设计的功能是否满足需求，运行是否正确，是否符合我们的预期结果。
万丈高楼平地起，设计一个完整的硬件系统，一般要经过以下几个步骤：
- 第一步就是要列出需要的软件功能模块
- 然后根据功能来分配硬件的IO连接
- 完成外围模块的电路设计
- 最后进行PCB设计。
在STopen开源平台上，我们计划提供如下功能：
- 系统时钟：高速时钟8Mhz,低速时钟32KHz。
- 电池备份，断电保持RTC时钟运行
- JTAG
- 4线SDIO 的SD卡
- MCU接口的16bits TFT LCD屏
- SPI存储器
- 一个调试UART，一个输出UART
- 一个CAN
- 一路I2C
- 一个FULL speed USB device
- 五路PWM
- 2路ADC
- 2路DAC
- 2路PWM捕获
- 6个按键
- 8路输入IO
- 8路输出IO
面对如此众多的功能和IO需要分配，如果采用传统的方法来设计，是非常劳心劳力的，而且很容易出错，估计大家一开始看到都脑瓜子疼。
非常高兴的是ST公司提供了一个设计工具stm32cubemx来辅助我们进行设计工作，这可以大大的减少我们的设计工作量，同时不会发生错误。该软件的使用操作请参考其他相关文档，在此不具体讲解。
工具是帮助我们提高设计效率和避免错误的，并不能代替我们的工作，所以在使用这个工具的时候，我们如何来安排计划的功能所对应的IO引脚，也需要一些设计技巧。
我们首先要明白和理解一个重要的功能，ST芯片的IO绝大多数是可以进行重映射的，比如一个UART1它的管脚是可以变化的，并不是固定不变的。这一点和传统MCU的是有巨大区别的，好处是我们更容易根据布线的方便调整位置，同时提高IO的利用率，最大化的使用这些IO来达成我们的目标。但是也有一些引脚是不可以重映射的，比如JTAG，USB，OSC等。
在设计一个系统之前，我们要先大概了解一下这个芯片的哪些IO资源可以重映射，哪些是固定的，这样我们设计的时候就可以按照先不变，再可变的顺序来合理安排IO。
一般来说，芯片的UART，I2C，SPI，PWM，ADC，DAC等这些常规资源的IO都是可以重新映射，或者有多个选择，当和其他IO发生冲突的时候，我们可以几选一的方式来避开冲突，比如它有好几个spi输出，我们只需要其中一个，那么就可以根据IO的使用和冲突情况来选择任意一路就可以满足我们的需求。
根据经验和这些特征，我们IO分配的先后顺序如下，能事半功倍：
- 先安排具有唯一性的资源（如OSC，BATbackup，USB，SD卡，LCD，JTAG），因为你没得选。
- 再安排选择性比较小的资源，比如UART，SPI，I2C等
- 然后安排可以多选一的资源，比如ADC，DAC，PWM等
- 最后安排一般IO。
在分配2-4类型的可变IO资源的时候，要考虑你的PCB布局，以后PCB设计从那一边出线，对应的功能引脚就安排到那一边，以就近，顺序的原则安排IO，方便和简化PCB设计，同时能提供好的设计信号回路，保证系统稳定性。
在后期实际PCB设计过程中，我们根据走线的难易程度可以再次局部调整和重新分配信号IO，来达到最优的PCB布局和设计。
下图是我们根据以上原则完成的IO分配设计图：
下一章预告：原理图设计第一步，如何设计一个最小系统？
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