【導讀】從STM32F0部分型號開始，比如STM32F04x和STM32F09x

，STM32越來越多的型號具有了空片檢測（Empty Check）功能。以前，STM32的啟動由BOOT0和BOOT1來決定，在引入了空片檢測功能之後
，則在BOOT0=0的情況下
，還需要分兩種情況：

一是內部已經存在代碼
，則從用戶存儲區啟動
；

二是如果是空片，則從係統存儲區啟動
，執行內部Bootloader。

它帶來什麼好處呢？客戶如果是空片上板
，無需對BOOT0引腳進行跳線，就可以直接使用內部Bootloader進行串口或其他通訊口進行代碼燒錄了，可以說非常地方便。但是，這同時為GPIO的設計帶來一個非常大的風險，在電路設計時需要引起注意
，做好相應的措施。

問題起源

某客戶在其產品的設計中，使用STM32G0B1RET6。有一天，客戶工程師在測試電流的時候，無意間發現一個情況
，說“有個比較奇怪的情況
，STM32G0B1沒有燒錄代碼的情況下，會比有燒錄代碼的情況下電流多了幾十毫安。”按我們以往的認知，在沒有燒錄代碼的情況下，沒有任何操作


，不該會出現這種情況啊。那麼這是什麼情況呢

？

問題分析

測量STM32G0B1在沒有燒錄代碼下的GPIO在懸空下的電平，可以發現有部分GPIO呈現為高電平，比如PA2/PA3和PA9/PA10。而客戶在PA9上接了一個外部驅動電路，由高電平驅動，所以PA9的高電平，帶動了該部分電路的工作，導致了電流的增加。

從參考手冊RM0444的GPIO一章，我們知道STM32G0的GPIO在上電後應該為模擬狀態，所以這些呈現高電平的GPIO顯得有點奇怪。

突然想起STM32F091等型號早就已經有的空片檢測功能，就繼續查看STM32G0的參考手冊RM0444的 “Memory and bus architecture”一章，果然
，發現STM32G0係列同樣擁有空片檢測功能。也就是說，STM32G0B1在沒有燒錄代碼的情況下
，它是要到係統存儲區去執行內部Bootloader的。

此時，需要打開應用筆記AN2606《STM32微控製器係統存儲器自舉模式》了解一下STM32G0B1在係統Bootloader下GPIO的狀態。

由於之前已經檢測到PA2/PA3和PA9/PA10為高電平
，而這兩個引腳對剛好是Bootloader中所用到USART1和USART2對應的GPIO引腳。於是，檢查其在Bootloader中的配置狀態，請參考圖1。

Figure 1 係統Bootloader下USART1/2的端口狀態

從圖1中可以了解到PA2/PA3/PA9/PA10均配置為複用推挽結構，帶上拉電阻。其中PA10/PA3為輸入口，PA2/PA9為輸出口。

使用一個1kΩ的電阻來測量PA9/PA10的端口狀態
，來確定其高電平的來源。係統VDD的電壓為3.22V。

測量之前，需要了解一下GPIO的結構，如圖2。

Figure 2 複用功能配置下的I/O的結構

從圖2中可以得知

，當作為輸出時，端口上呈現的高電平來自P-MOS上的VDDIOX
；當作為輸入時
，端口上呈現的高電平來自上拉電阻上的VDDIOX。下麵來驗證測試一下。

先對輸出口PA9進行測量，使用1kΩ電阻串入PA9與VSS之間，並串上電流表，測得電流為3.22mA。由U=I·R公式
，剛剛好，總電阻R = U / I = 3.22V ÷ 3.22mA = 1kΩ。也就是說
，PA9的高電平由推挽結構中的P-MOS連接的VDDIOX提供，內部沒有電阻。

再來對輸入口PA10進行測量
，使用1kΩ電阻串入PA10與VSS之間，並串上電流表，測得電流為85.4uA。總電阻R = U / I = 3.22V ÷ 85.4uA = 37.7kΩ，大於在外部串接的1kΩ電阻。也就是說，PA10的高電平來自上拉電阻所連接的VDDIOX

，而且內部上拉電阻RPU = 37.7kΩ - 1kΩ = 36.7kΩ。

多加一步再次確認輸入口PA10的情況，這次不使用1kΩ電阻，而是直接將PA10串上電流表連接到VSS，得到電流值為87.7uA。內部上拉電阻RPU = U / I = 3.22V ÷ 87.7uA = 36.7kΩ，與上麵的測試是相同的。也符合STM32G0B1數據手冊中內部上拉電阻的範圍，如圖3。

Figure 3 I/O的上下拉電阻參數

存在的風險

到此，已經清楚用戶存儲區沒有燒錄代碼的時候，STM32啟動將進入係統 Bootloader，PA9被(bei)設(she)置(zhi)為(wei)複(fu)用(yong)輸(shu)出(chu)並(bing)輸(shu)出(chu)高(gao)電(dian)平(ping)，從(cong)而(er)推(tui)動(dong)外(wai)部(bu)電(dian)路(lu)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)流(liu)增(zeng)加(jia)。但(dan)是(shi)我(wo)們(men)應(ying)該(gai)更(geng)加(jia)深(shen)入(ru)地(di)研(yan)究(jiu)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)。客(ke)戶(hu)的(de)情(qing)況(kuang)還(hai)算(suan)是(shi)比(bi)較(jiao)好(hao)的(de)，接(jie)的(de)是(shi)一(yi)個(ge)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)，並(bing)不(bu)會(hui)帶(dai)來(lai)損(sun)壞(huai)。

想象一下，如果在客戶的應用中，PA9是用作輸入口，用來連接一個傳感器的中斷輸出，比如連接3軸MEMS加速度計LIS2DH12的INT1/2引腳。查看LIS2DH12的數據手冊，可以得知INT1和IN2引腳的初始狀態是輸出低電平的，如圖4。

Figure 4   LIS2DH的INT1/INT2引腳初始狀態

由於LIS2DH12的INT引腳初始狀態是推挽輸出且輸出低電平
，如果直接連接到PA9
，而用戶打算將空片先焊接於用戶板，再進行代碼燒錄的話
，那麼，當上電的時候，LIS2DH12的INT引腳輸出低電平，而STM32G0B1進入內部Bootloader後PA9輸出高電平


，直連將導致短路
，電流從STM32G0B1的PA9內部的VDDIOX經過P-MOS，從PA9引腳出來，經過連接線，到達LIS2DH12的INT引腳
，從內部的M-MOS流到VSS，中間因為沒有電阻而造成短路，很可能會對芯片產生損壞。所以必須加以注意！

PA10作為複用輸入功能，倒是沒有這個風險。

結論

由於空片檢測功能的存在，帶有此功能的STM32型號在空片的情況下啟動
，將會進入係統存儲區，執行內部Bootloader。內部Bootloader會將部分GPIO設置為複用功能輸出引腳並輸出高電平或低電平
，如果此引腳在用戶應用中作為輸入引腳連接到外部芯片的輸出引腳
，那麼STM32空片事先焊接於用戶板時，上電將可能帶來極大的風險。在GPIO設計中如遇到有空片檢測功能的STM32必須對此加以注意。

解決辦法

兩種解決辦法供用戶選擇。

1)    在兩個芯片的連接中串入電阻進行保護，流經此電阻的電流必須要低於GPIO的注入電流，而且還必須保證不影響雙邊的高低電平識別。

2)    在使用帶有空片檢測功能的STM32型號中，在硬件設計上要預先檢查AN2606中所描述的Bootloader使用並配置的複用功能輸出引腳，在GPIO設計時避免在用戶應用中將其作為輸入引腳。

以上兩種方法，推薦使用第二種方法，更簡單、更穩妥。

來源：STM32單片機

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