STM32F407的重映射

STM32F407 的重映射（Remapping）是指将芯片内部外设的功能引脚（如串口、定时器、CAN、I2C等）从默认的物理引脚位置，分配到其他可用的物理引脚上的功能。这大大增强了硬件设计的灵活性，允许开发者根据电路板布局、避免引脚冲突或优化布线来调整引脚功能。

以下是关键概念和操作步骤的中文详解：

1. 核心概念

复用功能 (Alternate Function - AF)： STM32 的大部分 GPIO 引脚除了基本输入输出功能外，还可以承载内部外设（如 USART、SPI、TIM、I2C 等）的信号。这些特殊功能称为该引脚的“复用功能”。
默认引脚： 每个外设功能（例如 USART1_TX、TIM2_CH1）在芯片数据手册中都有一个或多个指定的默认 GPIO 引脚位置。
重映射： 就是改变这些外设功能信号实际出现的 GPIO 引脚位置，使其不再使用默认引脚，而是连接到芯片设计允许的其他备用引脚上。

2. 实现机制

STM32F407 主要通过复用功能重映射和调试 I/O 配置寄存器 (AFIO_MAPR, AFIO_MAPR2)** 来实现重映射。

AFIO 时钟： 在使用重映射功能前，必须先开启 AFIO 的时钟 (RCC_APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN;)。
AFIO_MAPR / AFIO_MAPR2 寄存器： 这些寄存器包含控制各种外设（如 USART1/2/3, TIM1/2/3/4/5, CAN, I2C1, SPI1, ETH 等）重映射选项的控制位。通过设置这些位，可以启用特定的重映射方案。

3. 使用重映射的原因

避免引脚冲突： 当默认引脚被其他重要功能（如电源、晶振、JTAG/SWD 调试接口、其他已使用的外设）占用时。
优化 PCB 布局布线： 将信号分配到更靠近连接器或其他器件的位置，简化布线，减少干扰。
功能最大化： 当需要同时使用多个具有相同复用功能的外设（如多个 USART、SPI）时，重映射允许它们使用不同的引脚组。
释放特定引脚： 例如，将调试引脚（JTAG/SWD）的部分功能重映射掉，以释放 PA13/PA14/PA15/PB3/PB4 用于普通 GPIO 或其他外设。

4. 操作步骤（以 USART1 重映射为例）

假设你想把 USART1 的 TX(PA9) 和 RX(PA10) 重映射到 PB6 和 PB7。

查阅参考手册和数据手册：
- 在芯片数据手册（Datasheet）中找到引脚定义表，确认 PB6 和 PB7 支持 USART1_TX 和 USART1_RX 复用功能（通常是 AF7）。
- 在参考手册（Reference Manual）中找到 AFIO_MAPR 寄存器，查看控制 USART1 重映射的位（AFIO_MAPR_USART1_REMAP）。通常该位为 0 表示默认引脚（PA9, PA10），为 1 表示重映射引脚（PB6, PB7）。
硬件连接： 将 USART1 的通信对象（如 USB 转串口模块、其他 MCU）连接到 PB6 (TX) 和 PB7 (RX)。
软件配置：
- 开启时钟：
  - 开启 GPIOB 的时钟（因为用了 PB6/PB7）。
  - 开启 USART1 的时钟。
  - 开启 AFIO 的时钟（关键！） (RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); or use HAL/LL equivalent)。
- 配置 PB6 和 PB7 为复用功能模式：
  - 设置 PB6 为复用推挽输出（用于 TX）。
  - 设置 PB7 为浮空输入或带上拉的输入（用于 RX）。
  - 配置复用功能编号： 将 PB6 和 PB7 的复用功能选择为 AF7（USART1）。使用 GPIO_PinAFConfig() 或配置 GPIO 初始化结构中的 GPIO_InitTypeDef.GPIO_Alternate 字段（HAL/LL 库方式）。
- 设置重映射寄存器：
  - 置位 AFIO_MAPR 寄存器中的 USART1_REMAP 位（AFIO->MAPR |= AFIO_MAPR_USART1_REMAP; or use __HAL_AFIO_REMAP_USART1_ENABLE() in HAL）。
- 配置并初始化 USART1：
  - 设置波特率、数据位、停止位、校验位等参数。
  - 使能 USART1。

5. 重要注意事项

时钟使能顺序： 必须先开启 AFIO 时钟，才能修改 AFIO_MAPR/MAPR2 寄存器。否则操作无效。
复用功能编号 (AF)： 重映射后的引脚必须配置为正确的复用功能编号 AFx。这个编号不仅取决于外设（如 USART1），也取决于具体的物理引脚（PB6 的 USART1_TX 是 AF7，但同一个 USART1_TX 在其他引脚上可能是不同的 AF 号）。务必查阅数据手册的引脚定义表或芯片的复用功能映射章节。
部分重映射 (Partial Remap) vs. 完全重映射 (Full Remap)： 一些外设（如 TIM1, TIM2, TIM3）有更复杂的重映射选项：
- 部分重映射： 只改变该外设的部分通道或信号的引脚位置。
- 完全重映射： 改变该外设所有通道或信号的引脚位置。
- 需要在 AFIO_MAPR 中配置对应的组合位（如 TIM2_REMAP[1:0]）。
调试接口重映射： 引脚 PA13(SWDIO), PA14(SWCLK), PA15(JTDI), PB3(JTDO/TRACESWO), PB4(NJTRST) 默认用于调试（JTAG/SWD）。可以通过 AFIO_MAPR 的 SWJ_CFG[2:0] 位将它们部分或全部释放为普通 GPIO 或其他复用功能。释放后，通常只能使用 SWD 调试（需要连接 SWDIO 和 SWCLK）。
库函数： 标准外设库 (SPL)、HAL 库、LL 库都提供了重映射的配置函数或宏定义（如 GPIO_PinRemapConfig(), __HAL_AFIO_REMAP_USART1_ENABLE()），建议优先使用库函数而非直接操作寄存器。

6. 常用外设重映射示例

USART1： 默认 PA9(TX)/PA10(RX) -> 重映射 PB6(TX)/PB7(RX) (AFIO_MAPR_USART1_REMAP)。
USART3： 默认 PB10(TX)/PB11(RX)/PB12(CK)/PB13(CTS)/PB14(RTS) -> 部分重映射 PC10(TX)/PC11(RX)/PC12(CK) / 完全重映射 PD8(TX)/PD9(RX)/PD10(CK)/PD11(CTS)/PD12(RTS) (AFIO_MAPR_USART3_REMAP[1:0])。
TIM2： 通道默认位置各异。可通过 AFIO_MAPR_TIM2_REMAP[1:0] 选择不同组合（无重映射、部分重映射 1、部分重映射 2、完全重映射），例如将 TIM2_CH1 从 PA0 重映射到 PA15。
TIM3： 类似 TIM2，使用 AFIO_MAPR_TIM3_REMAP[1:0]。
CAN1： 默认 PA11(RX)/PA12(TX) -> 重映射 PB8(RX)/PB9(TX) (AFIO_MAPR_CAN_REMAP[1:0] = 10) 或 PD0(RX)/PD1(TX) (AFIO_MAPR_CAN_REMAP[1:0] = 11)。
I2C1： 默认 PB6(SCL)/PB7(SDA) -> 重映射 PB8(SCL)/PB9(SDA) (AFIO_MAPR_I2C1_REMAP)。
SPI1： 默认 PA4(NSS/PA5(SCK)/PA6(MISO)/PA7(MOSI) -> 重映射 PA15(NSS)/PB3(SCK)/PB4(MISO)/PB5(MOSI) (AFIO_MAPR_SPI1_REMAP)。

总结: STM32F407 的重映射功能通过 AFIO 模块及其配置寄存器 (AFIO_MAPR, AFIO_MAPR2) 实现。使用时务必 开启 AFIO 时钟，查阅手册确定目标引脚支持的复用功能编号 (AFx) 和对应的重映射控制位，然后正确配置 GPIO 模式及复用功能，最后启用所需的重映射方案。该功能是解决引脚冲突和优化布局的强大工具。