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Linux 内核中的 STM32F746 支持概览：Cortex-M7 MCU 的架构特性与设备树实现

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导读

本文基于 Linux 内核仓库中 Documentation/arch/arm/stm32/stm32f746-overview.rst 文档，系统梳理 STMicroelectronics STM32F746 微控制器（Cortex-M7 内核 MCU）的硬件资源，并结合内核源码中的平台代码（arch/arm/mach-stm32）、设备树（arch/arm/boot/dts/st/stm32f746.dtsi、arch/arm/boot/dts/st/stm32f746-disco.dts）与默认内核配置（arch/arm/configs/stm32_defconfig），逐项印证每个外设在内核中的落地方式。读完本文，你将理解 STM32F746 在 Linux 内核中的支持现状、各外设节点的设备树描述方式，以及如何在 ARMv7-M 平台上编译并引导该内核。

STM32F746 芯片概览

STM32F746 是面向多种应用场景的 Cortex-M7 微控制器。文档列出的核心特性如下：

• Cortex-M7 内核，主频最高可达216MHz；
• 1MB 内部 Flash、320KB 内部 RAM（另有 4KB 备份 SRAM）；
• FMC 控制器，用于连接 SDRAM、NOR 与 NAND 存储器；
• 双模式 QSPI（Dual mode QSPI）；
• SD/MMC/SDIO支持；
• 以太网控制器（Ethernet controller）；
• USB OTG FS 与 HS 控制器；
• I2C、SPI、CAN 总线支持；
• 多个 16 位与 32 位通用定时器；
• 串行音频接口（Serial Audio Interface，SAI）；
• LCD 控制器（LTDC）；
• HDMI-CEC；
• SPDIFRX（S/PDIF 数字音频接收）。

这些特性共同决定了 STM32F746 的定位：一颗集成显示、音频、网络与存储接口的高性能 MCU，常见于带屏的人机交互设备与工业控制面板。

文档署名作者为 Alexandre Torgue（alexandre.torgue@st.com），并注明芯片的 Datasheet 与参考手册在 ST 官网公开获取（原文档中的 STM32F746 链接指向 st.com 产品页）。

内核中的 STM32F746 平台支持

平台代码与机器描述

STM32F746 属于 STM32 家族中的 Cortex-M（MCU）分支，其平台支持位于 arch/arm/mach-stm32。平台入口 board-dt.c 的DT_MACHINE_START描述中注册了"st,stm32f746"兼容字符串，说明该平台采用 Flattened Device Tree（扁平设备树）通用板级支持，即任意 compatible 匹配的板卡均可通过设备树直接启动，无需为每块板子编写独立机器代码。

在 arch/arm/mach-stm32/Kconfig 中，STM32F746 以MACH_STM32F746配置项呈现，默认开启（default y），但已被明确标记为 DEPRECATED（弃用）：Kconfig 的 help 文本说明基于 Cortex-M 的早期变体支持已废弃，计划于 2027 年初移除。这意味着使用 STM32F746 进行新项目选型时应关注该时间线，后续移植应优先考虑 STM32MP1 系列（Cortex-A）平台。

内核配置

对于 MCU（Cortex-M）变体，文档说明使用默认配置编译内核：

make stm32_defconfig

在 arch/arm/configs/stm32_defconfig 中，可以看到为 STM32 平台启用的关键子系统：

• CONFIG_ARCH_STM32=y：平台总开关；
• CONFIG_SERIAL_STM32=y、CONFIG_SERIAL_STM32_CONSOLE=y：STM32 USART 串口驱动与内核控制台；
• CONFIG_I2C=y、CONFIG_I2C_STM32F4=y、CONFIG_I2C_STM32F7=y：I2C 总线及 F4/F7 两代控制器驱动；
• CONFIG_MMC=y、CONFIG_MMC_ARMMMCI=y：SD/MMC 卡支持（对应 SDMMC 外设）；
• CONFIG_RTC_DRV_STM32=y：STM32 RTC 驱动；
• CONFIG_STM32_DMA=y、CONFIG_STM32_DMAMUX=y、CONFIG_STM32_MDMA=y：DMA 控制器与 DMA 请求复用器；
• CONFIG_STM32_ADC_CORE=y、CONFIG_STM32_ADC=y：ADC 核心与驱动。

设备树中的外设节点：从芯片手册到内核描述

arch/arm/boot/dts/st/stm32f746.dtsi 是 STM32F746 SoC 级设备树包含文件，把文档列举的每类外设映射为内核可解析的设备节点。下面按文档特性逐类对照。

存储器控制器：FMC 与 QSPI

文档提到的FMC 控制器（连接 SDRAM、NOR、NAND）与双模式 QSPI属于芯片级存储接口。从当前 stm32f746.dtsi 的节点清单看，这些控制器未在该 SoC 包含文件中显式建模为独立节点，其支持更多依赖驱动框架与板级扩展。这是设备树建模颗粒度的体现：SoC 级文件仅收录内核驱动实际使用的外设，未建模的控制器不代表芯片不具备该能力。

定时器：16 位与 32 位通用定时器

文档列出的"多个 16 位与 32 位通用定时器"在设备树中有着最完整的映射。SoC 文件为TIM2~TIM14逐个声明了节点，统一使用st,stm32-timers兼容字符串，基地址从0x40000000（TIM2）到0x40014800（TIM11）按 0x400 步进排布，并挂载在 RCC 的 APB1/APB2 时钟域上：

timers2: timers@40000000 { compatible = "st,stm32-timers"; reg = <0x40000000 0x400>; clocks = <&rcc 0 STM32F7_APB1_CLOCK(TIM2)>; clock-names = "int"; status = "disabled"; pwm { compatible = "st,stm32-pwm"; #pwm-cells = <3>; status = "disabled"; }; timer@1 { compatible = "st,stm32-timer-trigger"; reg = <1>; status = "disabled"; }; };

从源码结构可以推断：每个 timers 节点内嵌pwm子节点（st,stm32-pwm，用于输出比较/PWM）和timer-trigger子节点（用于触发 ADC 等外设），体现出定时器在 Linux 中通过 PWM 子系统、时钟事件等框架复用的设计。其中 LPTIMER（低功耗定时器）单独建模为 lptimer1，包含st,stm32-pwm-lp、st,stm32-lptimer-trigger、st,stm32-lptimer-counter、st,stm32-lptimer-timer四个子功能，并通过 EXTI 23 边沿触发中断。

在板级文件 stm32f746-disco.dts 中，TIM5 被覆盖（override）为st,stm32-timer并启用中断 50，用作clockevent（时钟事件设备）——这是无 MMU 的 ARMv7-M 平台上内核调度时钟的关键来源，同时删除了其 PWM 与 trigger 子节点以简化功能。

I2C / SPI / CAN 总线

• I2C：文档列的 I2C 总线支持对应设备树中的i2c1@40005400~i2c4@40006000四个节点，兼容st,stm32f7-i2c，各带两个中断（事件/错误）与 RCC 复位控制（如resets = <&rcc STM32F7_APB1_RESET(I2C1)>）。驱动对应CONFIG_I2C_STM32F7。
• SPI：spi1~spi6六个节点（基址0x40003800~0x40015400），兼容st,stm32f7-spi，分布于 APB1/APB2 两个时钟域。
• CAN：can1与can2两个节点，兼容st,stm32f4-bxcan，每个节点带 tx/rx0/rx1/sce 四路命名中断，并通过st,can-primary/st,can-secondary属性与共享的gcan1（st,stm32f4-gcan，syscon）关联，体现 CAN 双实例共享控制块（bxCAN 架构）的内核建模方式。

SD/MMC/SDIO

文档的 SD/MMC/SDIO 支持对应sdio1: mmc@40012c00与sdio2: mmc@40011c00两个节点。它们采用 ARM PrimeCell PL180 兼容描述：

sdio1: mmc@40012c00 { compatible = "arm,pl180", "arm,primecell"; arm,primecell-periphid = <0x00880180>; reg = <0x40012c00 0x400>; clocks = <&rcc 0 STM32F7_APB2_CLOCK(SDMMC1)>; clock-names = "apb_pclk"; interrupts = <49>; max-frequency = <48000000>; status = "disabled"; };

在 stm32f746-disco.dts 板级文件中，sdio1被启用并配置为 4 位总线（bus-width = <4>）、vmmc-supply = <&vcc_3v3>供电、cd-gpios卡检测引脚（GPIOC13，低电平有效），以及 default/opendrain/sleep 三套 pinctrl 状态，对应内核中CONFIG_MMC_ARMMMCI（arm,pl180 驱动）。

USB OTG FS 与 HS

文档列的 USB OTG FS & HS 控制器在设备树中分别为：

• usbotg_fs: usb@50000000：兼容st,stm32f4x9-fsotg（对应内核 dwc2 驱动框架），挂 AHB2 时钟域STM32F7_AHB2_CLOCK(OTGFS)；
• usbotg_hs: usb@40040000：兼容st,stm32f7-hsotg（对应内核 dwc2/dwc3 高速 OTG 驱动），挂 AHB1 时钟域STM32F7_AHB1_CLOCK(OTGHS)，并预设了 FIFO 尺寸：g-rx-fifo-size = <256>、g-np-tx-fifo-size = <32>、g-tx-fifo-size = <128 128 64 64 64 64 32 32>，这些参数直接决定 dwc2 gadget 模式下各端点的缓冲分配。

板级文件 stm32f746-disco.dts 将两个控制器均配置为dr_mode = "host"，HS 控制器通过usb-nop-xceiv假 PHY 节点usbotg_hs_phy接 ULPI 时钟，FS 控制器则通过固定稳压器vcc5v_otg_fs（GPIO PD5 控制 VBUS）供电——这正是 STM32F746-DISCO 板载 USB Host 端口的实际启用方式。

串口（USART/UART）

设备树中声明了usart1/usart2/usart3（含st,stm32f7-uart兼容）以及usart4~usart8、uart4/uart5/uart7/uart8等节点，覆盖 8 个串行口，分别挂载CLK_USARTx/CLK_UARTx时钟。板级文件中将usart1作为默认调试串口（stdout-path = "serial0:115200n8"，aliases { serial0 = &usart1; }），对应CONFIG_SERIAL_STM32_CONSOLE。

LCD 控制器（LTDC）

文档列的 LCD 控制器对应ltdc: display-controller@40016800节点，兼容st,stm32-ltdc，带两路中断（88/89，分别为全局与寄存器错误），时钟CLK_LCD，挂 APB2 复位域LTDC。

在 stm32f746-disco.dts 板级实现中，LTDC 通过ltdc_out_rgb端点与panel-rgb（Rocktech RK043FN48H 4.3 寸 RGB 屏）的panel_in_rgb端点建立remote-endpoint连接，配合gpio-backlight（GPIO PK3）与 I2C3 上的edt,edt-ft5306电容触摸屏（分辨率 480x272，i2c3以 400kHz 快速模式运行），构成一套完整的内核 DRM/KMS 显示链路。这正是"带屏 HMI 应用"在内核中的典型落地方案。

HDMI-CEC

文档列的 HDMI-CEC 对应cec: cec@40006c00节点，兼容st,stm32-cec，挂两个时钟源（cec与hdmi-cec），中断 94。它通常与 LTDC 显示链路配套，用于消费类显示设备间的 CEC 控制协议。

其他关键基础设施节点

除文档直接列举的外设外，stm32f746.dtsi 还包含支撑整机运行的基础设施节点，可一并了解：

• RCC（rcc@40023800）：兼容st,stm32f746-rcc，#clock-cells = <2>、#reset-cells = <1>，是所有外设时钟与复位引用的源头；节点中通过assigned-clock-rates = <1000000>将CLK_HSE_RTC配置为 1MHz；
• DMA1/DMA2（dma-controller@40026000/@40026400）：兼容st,stm32-dma，#dma-cells = <4>，DMA2 额外带st,mem2mem属性支持内存到内存搬运；
• EXTI（interrupt-controller@40013c00）：兼容st,stm32-exti，以interrupts = <1>, <2>, <3>, ...将 14 条 EXTI 线汇聚到 NVIC；
• RTC（rtc@40002800）：兼容st,stm32-rtc，通过assigned-clock-parents = <&rcc 1 CLK_LSE>选择 LSE 时钟源；
• CRC（crc@40023000）：兼容st,stm32f7-crc；
• SYSCFG（syscon@40013800）与PWRCfg（power-config@40007000）：作为 syscon 提供寄存器级共享访问。

时钟源方面，SoC 文件声明了 HSE（频率由板级覆盖）、LSE（32.768kHz）、LSI（32kHz）、I2S_CKIN（48MHz）等 fixed-clock，板级文件 stm32f746-disco.dts 将 HSE 设为 25MHz。

参考板卡与启动路径

文档以 STM32F746 为通用 MCU 视角介绍，内核仓库中还包含两块基于该芯片的参考板设备树，可直接对照：

• stm32f746-disco.dts：对应STM32F746-DISCO 评估板，model = "STMicroelectronics STM32F746-DISCO board"，compatible = "st,stm32f746-disco", "st,stm32f746"；
• stm32746g-eval.dts：对应STM32746G-EVAL 评估板。

两块板在 arch/arm/boot/dts/st/Makefile 中均被编译进 dtb 目标。板级文件还展示了 STM32F746-DISCO 的完整板载外设布局：内存节点（memory@c0000000，8MB SDRAM 映射于 0xC0000000）、CMA 保留内存（512KBshared-dma-pool）、GPIO LED（heartbeat 触发）、gpio-keys 用户按键、以及上文提到的 SD 卡、USB Host、LCD+触摸屏。

启动路径上，板级chosen节点指定bootargs = "root=/dev/ram"（initramfs 根文件系统）与stdout-path = "serial0:115200n8"。结合 arch/arm/mach-stm32/Kconfig 中ARM_SINGLE_ARMV7M分支（选择ARMV7M_SYSTICK、STM32_EXTI），以及 stm32f746.dtsi 末尾对systick的启用，可以看出该平台依赖 SysTick 与 TIM5 clockevent 提供节拍，属于典型的 ARMv7-M 无 MMU 启动模型（配合CONFIG_ARM_SINGLE_ARMV7M）。

构建与启用要点

结合文档与源码，在 Linux 内核中启用 STM32F746 支持的关键步骤可归纳为：

1. 配置内核：使用默认配置make stm32_defconfig（MCU 平台）。该配置已在 arch/arm/configs/stm32_defconfig 中预置串口控制台、I2C、MMC、RTC、DMA、ADC 等驱动开关。
2. 选择机器：确认CONFIG_ARCH_STM32=y且MACH_STM32F746（arch/arm/mach-stm32/Kconfig）为开启状态（默认开启）。
3. 提供设备树：板级设备树需包含st,stm32f746compatible，可参考 stm32f746-disco.dts 组织 memory、aliases、外设 pinctrl 与 status。
4. 引导：通过 u-boot 加载内核与 dtb，控制台默认在 USART1（115200 8N1），根文件系统可置于 initramfs（root=/dev/ram）。

结语

STM32F746 的官方内核文档虽以简短的特性清单呈现，但其背后是 arch/arm/mach-stm32 平台代码、stm32f746.dtsi SoC 级设备树与两块参考板设备树共同支撑的完整软件栈。从本文的对照可以看到：文档中每一类外设——定时器、I2C/SPI/CAN、SDIO、USB OTG、LTDC、HDMI-CEC——都能在内核源码中找到对应的节点与驱动痕迹。同时需要提醒的是，该平台已进入弃用周期（计划 2027 年初移除），评估新设计时应将此纳入考量。如需深入某个具体外设的驱动实现，可直接在内核源码树中检索对应的st,stm32-*兼容字符串及CONFIG_*_STM32*配置项。

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