嵌入式
名词解释
- Sco：片上芯片；System on Chip
- RTOS：嵌入式实时操作系统；Real-Time Operating System
- MCU：嵌入式微控制器/单片机；Microcontroller Unit
- MIPS：无内部互锁流水级的微处理器；Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages
- RAM：随机存取存储器；Random Access Memory
- SRAM；静态随机存储器；Static Random Access Memory
- DRAM：动态随机存取存储器；Dynamic Random Access Memory
- SDRAM：同步动态随机存储器；Synchronous Dynamic Random Access Memory
- ROM：只读存储器；Read-Only Memory
- EEPROM：电可擦除可编程只读存储器；Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
- Flash：闪存存储器；Flash Memory
- GPIO：通用输入输出接口；General Purpose Input/Output
- USART：通用同步异步收发器；universal asynchronous receiver and transmitter
- Ethernet：以太网接口；
- I2C：集成电路总线接口；Inter-Integrated Circuit
- SPI：串行外围设备接口；Serial Peripheral Interface
- NVIC：嵌套向量中断控制器；Nested Vectored Interrupt Controller
- MPU：有内存保护单元/存储器保护单元；Memory Protection Unit
- MMU：有内存管理单元；Memory Management Unit
- WIC：唤醒中断控制器；Wake-up Interrupt Controller
- TCM：紧耦合接口；Tightly Coupled Memory
- RISC：精简指令集；Reduced Instruction Set Computing
- CISC：复杂指令集；Complex Instruction Set Computing
- MSP：主堆栈指针；(永远使堆栈末尾地址加1)；Main Stack Pointer
- PSP：进程堆栈指针；Process Stack Pointer
- xPSR：程序状态寄存器（三合一）；Program Status Register
- ISR：中断服务程序；Interrupt Service Routine
- DMA：直接内存读取；Direct Memory Access
- PLL：锁相环；Phase-Locked Loop
- PWM：脉冲宽度调制；Pulse Width Modulation
- ADC ：模数转换器；
- DAC：数模转换器；
第一章 嵌入式系统概述（了解关键概念）
基本概念
- 定义：嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的计算机软硬件集合体，是对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统 。
- 特点：专用性，低功耗、小体积、高集成度、
- 应用：手机、智能电气、汽车、自动化设备、通信设备等等；
- 计算机硬件的5大组成部分：控制器、运算器、存储器、输入输出设备；
系统体系
- 硬件架构：；
- 软件结构的三个层面：设备驱动层（板级支持包、驱动程序）、OS层、应用层（应用程序、硬件抽象层）；
硬件系统
- 嵌入式处理器分类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP、嵌入式SoC；
- 存储系统；
- IO接口；
操作系统
- 非实时操作系统：Linux、ios、Android；
- 实时操作系统：Vxworks、RTX、FreeRTOS；
课后习题
- I/O与CPU信息传送控制方式：查询、中断、DMA控制方式
- 嵌入式系统与计算机系统有什么区别？通用计算机使用高性能处理器，追求更高的存储容量，嵌入式系统要求智能化控制。
第2章 ARM Cortex-M体系结构
概述
A 尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；
R 针对实时系统；
M 针对微控制器；
内核基础
寄存器组：
低组寄存器：指定寄存器的所有指令；
高组寄存器：指定寄存器的32位指令，16位不行；
堆栈
MSP：默认调用；
PSP：用户应用程序代码使用；
LR（链接寄存器）：用于接收来自PC的返回地址；
PC（程序记数寄存器）：指向下一条待执行的地址；
堆栈操作：
① 满递减堆栈。
指向最后压入堆栈的数据，且存储地址减小；② 满递增堆栈。
③ 空递增堆栈。
④ 空递减堆栈。
指向压入堆栈数据的下一个地址，且存储地址增大；入栈出栈（eg：交换R1和R2）
push（R1）：将数据放入R1；
pop（R1）：将数据从R1取出；
特殊功能寄存器
程序中断寄存器（xPSR）；
中断屏蔽寄存器；
控制寄存器；
存储器系统
- 主要特性
数据类型
字：32bit
半字：16bit
字节：8bit
存储形式
0x12345678———-左边为高位
大端存储：高位放低地址
小端存储：高位放高地址
位带区
每个比特扩大为32位的字；
公式：bit_word_addr = bit_band_base + (byte_offset x 32) + bit_number × 4
eg）：0x20000300：0x22006008（= 0x22000000 + (0x300*_32) + (2*_4)）
异常和中断
优先级
抢占优先级：
响应优先级：
抢占：
末尾连锁
课后习题
试说明Corte-M3/M4处理器两种模式和两种特权的使用。
两种模式：线程模式和处理器模式。
这两种模式可以区别普通应用程序的代码和异常服务例程的代码（包括中断服务例程的代码）。
两种特权：特权级和用户级。
提供一种存储器访问的保护机制。
Corte-M3/M4处理器中断向量处存放的是对应中断的什么信息？
中断向量处存放的是中断服务程序的入口地址。
Corte-M3/M4处理器复位后执行的第一项操作是什么？第二项操作是什么？
第一项操作：从0x00000000地址处将存储的栈顶指针（一个地址）取出来放在MSP中。
第二项操作：从0x00000004地址处将存储的复位异常应用程序入口地址取出来放在PC中。处理器中的程序从此处开始执行。进行STM32F4系列微控制器程序开发一般需要准备开发板、集成开发环境（IDE）、仿真器。
第3章 STM32F429微控制器概述
简介：
时钟系统（考）：
电源系统：
三个部分：备份电路、ADC电路、调压器主供电电路；
复位系统：
三种类型：
系统复位:
NRST：外部复位；
电源复位:
备份域复位:
备份域控制寄存器（RCC_BDCR）
课后练习
STM32F29IGT6微控制器的引脚有哪些类型？
引脚类型主要有电源引脚、晶振I/O引脚、下载I/O引脚、BOOT I/O引脚、复位I/O引脚、GPIO引脚等。
清零：与 置位：或 取反：异或
第5章 GPIO结构及应用
结构原理
9个端口和16个引脚；
- 掌握 考（例如元器件什么用）
GPIO 功能描述
输入浮空上电默认模式
输入上拉
输入下拉
模拟功能
注意：在模拟配置中，I/O 引脚不能为 5 V 容忍。禁止上拉和下拉；
具有上拉或下拉功能的开漏输出
推挽和开漏的区别：
推挽：0使N-MOS通，使得引脚与地导通，输出低电平；
1使P-MOS通，使得引脚与Vdd导通，输出高电平； 好处：既能提高电路的负载，，又能提高开关的速度；开漏（默认输出低电平，输出高电平必须接上拉电阻）：
P-MOS始终截止； 0使N-MOS通，1使N-MOS截止，变成高阻态；
具有上拉或下拉功能的推挽输出
具有上拉或下拉功能的复用功能推挽
具有上拉或下拉功能的复用功能开漏
GPIO相关寄存器
- 每个通用 I/O 端口包括以下寄存器 :
4 个 32 位配置寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR 和 GPIOx_PUPDR）
端口模式寄存器：
端口输出寄存器：
端口输出速度寄存器：
上拉下拉寄存器：
2 个 32 位数据寄存器（GPIOx_IDR 和 GPIOx_ODR）；
端口输入数据寄存器：
端口输出数据寄存器：
1 个 32 位置位/复位寄存器 (GPIOx_BSRR)；
端口置位复位寄存器：
1 个 32 位锁定寄存器 (GPIOx_LCKR) ；
2 个 32 位复用功能选择寄存器（GPIOx_AFRH 和 GPIOx_AFRL）；
分为高位低位；
GPIO典型应用步骤及常用库函数
初始化函数
创建结构体；
实例化；
使能GPIO时钟；
配置引脚；
4个：
模式
推挽/开漏
速度
上拉/下拉/悬空
初始化
读取输入/输出电平函数
实际操作IDR和ODR；
设置输出电平函数
实际操作BSSR寄存器
### **GPIO应用实例**
1. GPIO输出实验：**控制LED灯，以1s为周期进行闪烁。**
- 可能画电路图
- Code：
2. GPIO输入实验：
- 电路图
- 可能画流程图
- Code
3. **GPIO复用应用实例**
- 在最后，需要配置GPIOx_AFRL或者GPIOx_AFRH寄存器，将IO连接到所需的AFx。
- code
4. **矩阵按键应用**
- 逐行扫描：逐行输出低电平，当检测到不是低电平时，根据检测到的列号综合判断；
- 行列扫描：首先全部行线输出低电平，判断出列号，然后所有列线输出低电平，判断出行号，综合得出按键所在位置；
- 流程图
课后练习
- 當要同時初始化某個GPIO的1號、2號引腳，賦給GPIO_InitTypeDef結構體類型成員GPIO_Pin的值是 GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2
第6章 NVIC
简介
NVIC中断管理方法：
应用中断和复位控制寄存器SCB_AIRCR(Application interrupt and reset control register
抢占式优先级>响应优先级>中断表中的排位顺序
常用库函数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14typedef struct
{
uint8_t NVIC_IRQChannel; //设置中断通道
uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;//设置抢占优先级
uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority; //设置响应优先级
FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd; //使能/禁止
} NVIC_InitTypeDef;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;// 37 串口1中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;// 抢占优先级为1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;//响应优先级为2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据上面指定的参数初始化NVIC寄存器
第7章 外部中断/事件控制器（EXTI）
简介
中断请求
触发事件
外部中断服务
16个中中断线只有7个中断服务，其中5-9共用一个，10-15共用一个；
- 触发方式：上升沿/下降沿/双沿触发
常用库函数
初始化
应用实例
按键中断
课后习题
外部中断的中断请求信号可以是控制器外部产生由GPIO引脚引入的，也可以是由控制器内部一些片上外设产生的。这一说法是否正确？_正确___。
外部中断信号输入的触发信号形式可以是__上升沿触发_、_下降沿触发_、_边沿触发_、。
每个外部中断在中断向量表中，是否都独立占用一个位置？不是
应用外部中断，需要先使能GPIO端口的时钟和___ SYSCFG___时钟。
试述初始化外部中断的步骤。
（1）使能用到GPIO时钟和SYSCFG时钟。
（2）初始化相应GPIO的引脚为输入。
（3）设置GPIO引脚与EXTI线的映射关系。
（4）初始化工作类型、设置触发条件、使能等等。
（5）配置中断分组（NVIC），并初始化相应中断通道的优先级及使能/禁止。
（6）编写中断服务函数。
（7）编写中断服务程序处理内容。课后习题中有详细参考
第9章 定时器系统
简介
- 用途：基本定时功能、生成输出波形（输出比较、PWM和带死区插入的互补PWM）和测量输入信号的脉冲宽度（输入捕抓）等；
- 基本结构：
时钟源：
内部时钟源模式
从模式控制寄存器（TIMx_SMCR）的位段SMS = 000，例如，在HCLK=180MHz，PCLK2=90MHz（APB2总线时钟预分频系数=2）的情况下，定时器TIM1的内部时钟源=2×PCLK2=180MHz。
外部时钟源模式1
设置SMS = 111；对TS进行设置；
外部时钟源模式2
以ETR引脚输入作为时钟源；
编码器模式
基本定时模式
时基单元
➀计数器寄存器 (TIMx_CNT)
➁预分频器寄存器 (TIMx_PSC)
➂自动重载寄存器 (TIMx_ARR)：存储溢出值
➃重复计数器寄存器 (TIMx_RCR)
计数模式
对TIMx_CNT进行计数，通用定时器可以向上计数、向下计数、向上向下双向计数模式。
ARPE = 0（无缓冲），反之；
递增计数模式；
递减计数模式；
中央对齐模式；
捕抓/比较功能
- 功能：输入：测频率，PWM周期，占空比；
PWM输入：
当连续两次捕抓同一输出信号的连续两个边沿跳变，两次得到的计数寄存器值分别为C1和C2（假设C1和C2计数期间没有溢出事件），那么这一输入信号的周期:
（C2-C1）/CK_CNT）/输入捕抓通道预分频系数。
PWM输出：
**”死区”**（Dead Time）是指在输出比较事件（例如PWM输出）之间引入的一段时间延迟。这段延迟时间允许在两个输出切换之间确保输出电路稳定的时间，以避免可能的短路或过渡电流
TIMx_CCRx：捕获/比较寄存器
计算各个寄存器的值
边沿比较模式；
中心对齐模式；
中心对齐模式，CRR不变，ARR = ARR/2；
常用库函数
应用实例
课后习题
中心对齐计数模式是先以递增计数模式，从0计数到__ ARR -1___，然后产生一次向上溢出，再在从___ ARR _计数到____1，然后产生一次向下溢出。
当使能了比较输出功能，输出PWM波，在边沿比较模式下，当TIM_x__CNT计数值在_0~ CCR-1 寄存器___范围时，输出有效电平；在 CCR~ARR 范围时，输出反向电平。
定时器TIM2挂载在APB1总线上，假设PCLK1=45MHz，选择内部时钟作为计数时钟源（默认情况下这一时钟源频率=2×PCLK1），TIM2_PSC=8，TIM2_ARR=49，则计数溢出一次，时间为多长？怎么计算？
（TIM2_PSC+1）＊（TIM2_ARR +1）/ 90000000 = 9 ＊ 50 / 90000000 = 5us使用内部时钟时，怎么确定各定时器的时钟基准频率？
答：
除非APB的分频系数是1，否则通用定时器的时钟等于APB时钟的2倍。
默认调用SystemInit函数情况下：
SYSCLK=180M
AHB时钟=180M
APB1时钟=45M，APB2时钟=90M
APB分频系数分别是4和2
所以，定时器时钟是相应挂载总线时钟的2倍。
第14章 I2C
简介
- 支持多个通信主机和多个通信从机；
SDA - 数据信号线(serial DAta)
SCL - 时钟信号线(serial CLock)
- 物理层
- IIC是半双工：允许双边的通信，但是同一时间只允许发送或者接收；
- IIC可以在通讯过程中，改变主机。通过使用仲裁机制判断真正的主机；
协议层
总线空闲状态 ：
SDA ：高电平
SCL ： 高电平
发：
收：
软件模拟IIC
开始信号
结束信号
模拟I2C总线协议读写AT24CXX系列EEPROM实验
- EEPROM实验
若A0不用，悬空使用NC替换A0表示；
课后习题
- 描述I2C通信线路上电路接口形式。
I2C器件的SDA引脚和SCL引脚是开漏电路形式，因此，SDA和SCL总线都需要连接上拉电阻，当总线空闲时，两条总线均为高电平。
连接到总线上的任意器件输出低电平都会将总线信号拉低，即各器件的SDA和SCL信号线在总线上都是“线与”的关系。
第15章 SPI控制器
简介
支持单主多从；
来自主机的片选信号用于选择从机，低电平，拉高时从机与SPI总线断开连接。
- SPI传输
在时钟SCLK的控制下实现数据的环形传输。
要开始SPI通信，主机必须发送时钟信号，并通过使能NSS信号选择从机。
时钟极性和相位
CPOL=0，时钟空闲时低电平，SCLK有效时高电平；
CPOL=1，时钟空闲时高电平，SCLK有效时低电平。
CPHA=0，数据采样在第1个边沿；
CPHA=1，数据采样在第2个边沿。
SPI控制器
主模式的全双工收发过程
主要特性
全双工****（Full Duplex）是一种通信模式，其中数据可以在通信设备之间同时双向传输，即设备可以同时发送和接收数据。这与半双工（Half Duplex）和单工（Simplex）通信模式相对。
状态标志
TXE=1：发送缓冲区位为空，对SPI_DR执行写操作时将清零TXE标志；
RXNE=1：接收缓冲区存在有效的已接受数据，读取SPI_DR时将清零RXNE标志；
BUSY =1 ，表示 SPI 正忙于通信，用于指示SPI 通信的状态。
常用库函数
SPI初始化函数
课后习题
实验
触摸式按键实验
- 输入检测方法：
- 触摸式按键： 通常通过检测电容变化或电阻变化来确定触摸的位置。触摸事件通常会触发中断或通过轮询进行检测。
- 普通按键： 通过检测GPIO引脚的电平变化（上升沿或下降沿）来确定按键的状态。可以使用中断或轮询方法。
- 触摸式按键支持连续触发(可以一直按下)
