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嵌入式系统 期末复习提纲（一）

2023-02-22 260
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简介： 嵌入式系统 期末复习提纲

18级嵌入式系统复习提纲

第1讲 STM32F4体系结构

1、嵌入式系统的概念

以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

2、了解ARM体系结构的演变进程

1991年开始共推出7个版本，V1~V3未用于商业授权。V4T开始商业授权，T表示16位Thumb指令，ARM7TDMI，冯诺依曼结构，三级流水线，0.9MIPS/MHz。V5增强ARM和Thumb指令切换的支持，增加了DSP指令支持（后缀E）、Java支持（后缀J）V6版增强DSP和多媒体处理指令，增加SIMD指令扩展，对音、视频处理性能有极大提升，Thumb-2指令。2004年发布V7版，ARM首次为其体系结构命名，命名为Cortex，分为A（应用）、R（实时）、M（微控制器）三个系列

3、掌握STM32F4的时钟树：有哪几个时钟源、特点，正点原子战舰开发板时钟配置

5个时钟源

LSI：低速内部时钟，RC 振荡器，频率为 32kHz 左右。供独立看门狗、RTC、自动唤醒单元使用

LSE：低速外部时钟，接频率为32.768kHz 的石英晶体。主要是 RTC 的时钟源

HSI：高速内部时钟，RC 振荡器，频率为 16MHz。可以直接作为系统时钟或者用作 PLL输入

HSE：高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围4MHz~26MHz。开发板接8M晶振。HSE也可以直接做为系统时钟或者 PLL 输入。

PLL：锁相环倍频输出 。主 PLL：由 HSE 或者 HSI 提供时钟信号，并具有两个不同的输出时钟。PLLP：生成高速的系统时钟（最高168MHz）PLLQ：生成 USB OTG FS 的时钟（48MHz）、随机数发生器的时钟和 SDIO时钟。专用 PLL（PLLI2S）：生成精确时钟，从而在 I2S 接口实现高品质音频性能

image.png


4、时钟相关函数在哪个.h和.c文件定义（其他模块同样），时钟源使能函数、外设时钟使能函数（要知道哪个外设挂在哪个总线上，截图打印下来参考）、时钟源选择函数，分频因子配置函数，外设复位函数

文件：stm32f4xx_rcc.h、stm32f4xx_rcc.c

时钟源使能函数：

void RCC_HSICmd(FunctionalState NewState);
void RCC_LSICmd(FunctionalState NewState);
void RCC_PLLCmd(FunctionalState NewState);
void RCC_PLLI2SCmd(FunctionalState NewState);
void RCC_PLLSAICmd(FunctionalState NewState);
void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState);

外设时钟使能函数：

void RCC_AHB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB1Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_AHB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB2Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_AHB3PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB3Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB1Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB2Periph, FunctionalState NewState);

使能：ENABLE.失能：DISABLE

时钟源选择函数:

void RCC_HSEConfig(uint8_t RCC_HSE);
void RCC_LSEConfig(uint8_t RCC_LSE);
void RCC_PLLConfig(uint32_t RCC_PLLSource, uint32_t PLLM, uint32_t PLLN, uint32_t PLLP, uint32_t PLLQ);//分频因子配置
void RCC_SYSCLKConfig(uint32_t RCC_SYSCLKSource);//系统时钟源选择
void RCC_HCLKConfig(uint32_t RCC_SYSCLK);
void RCC_PCLK1Config(uint32_t RCC_HCLK);//外设（APB1）配置
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_HSI);//设置系统时钟源为HSI
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);//设置APB1时钟为HCLK的2分频

外设复位函数：

void RCC_AHB1PeriphResetCmd(uint32_t RCC_AHB1Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_AHB2PeriphResetCmd(uint32_t RCC_AHB2Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_AHB3PeriphResetCmd(uint32_t RCC_AHB3Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_APB1PeriphResetCmd(uint32_t RCC_AHB1Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_APB2PeriphResetCmd(uint32_t RCC_AHB2Periph, FunctionalState NewState);

状态参数获取清除函数

uint8_t  RCC_GetSYSCLKSource(void);
void  RCC_GetClocksFreq(RCC_ClocksTypeDef*RCC_Clocks);         
FlagStatus  RCC_GetFlagStatus(uint8_t RCC_FLAG);
void  RCC_ClearFlag(void);

5、ARM存储空间，大端排序、小端排序


image.png

A：SRAM或外设地址；AliasAddr：别名地址

n：位序号，若A为字节地址，则n为0…7，若A为字地址，则n为0…31

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr&0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 
#define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr)) 
#define BIT_ADDR(addr,bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr,bitnum))

第2讲 GPIO

1、STM32F4ZGT6共有多少组多少位GPIO（其他资源也同样，比如有多少USART，这个知识点后面就不单独列了）

7组16位IO端口（GPIOAGPIOG，PAPG）

1组2位端口GPIOH（GPIOH.0/PH0、GPIOH.1/PH1）

7×16+2=114

2、GPIO的工作方式、特点

4种输入模式

浮空输入:输出关闭，上下拉关闭

上拉输入:下拉电阻关闭，上拉电阻打开。无输入时，默认高电平。

下拉输入:上拉电阻关闭，下拉电阻打开。无输入时，默认低电平。

模拟输入:一定是浮空输入，不能上下拉。

4种输出模式

开漏输出、推挽式输出、开漏复用功能、推挽式复用功能（均可上、下拉）

上电复位后，GPIO默认为浮空状态(上下拉电阻都不加），部分特殊功能引脚为特定状态。

推挽输出：可以输出强高、低电平，连接数字器件

开漏输出：只可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行。适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20mＡ以内)

复用输出：数据来自复用外设的输出脚

3、打开相应GPIO的时钟（其他资源同样要求，后面不单独列出）

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);

4、GPIO相关寄存器的作用

端口模式寄存器(GPIOx_MODER)、端口输出类型寄存器(GPIOx_OTYPER)、端口输出速度寄存器(GPIOx_OSPEEDR)、端口上拉下拉寄存器(GPIOx_PUPDR)、端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR)、端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR)、端口置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)、端口配置锁存寄存器(GPIOx_LCKR)、复用功能寄存器(GPIOx_AFRL & GPIOx_AFRH)

5、库函数的操作方法：GPIO初始化；输出0、1；读取等

GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);//使能时钟
//GPIOF9，F10初始化设置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10;//IO口
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOF9,F10
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);//输出1
GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10);//调用示例
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);//输出0
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin,BitAction BitVal);//按位输出
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);//输出
uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx,uint16_t GPIO_Pin);//按位读输入
uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);//读取输入
GPIO_ReadlnputDataBit(GPIOF,GPIO_Pin_9);//示例
GPIO_ReadlnputData(GPIOF);//示例
uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx,uint16_t GPIO_Pin);//按位读输出
uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);//读取输出

6、寄存器方式操作方法

RCC->AHB1ENR|= 1<<5;//打开GPIOF时钟,RCC_AHB1ENR.5
GPIOF->MODER &= ~(3<<2*9);//GPIOF.9通用输出模式
GPIOF->MODER |= 1<<(2*9);
GPIOF->OSPEEDR &= ~(3<<2*9);//GPIOF.9速度100MHz
GPIOF->OSPEEDR |= 3<<(2*9);
GPIOF->PUPDR &= ~(3<<2*9);//GPIOF.9上拉
GPIOF->PUPDR |=1<<(2*9);
GPIOF->OTYPER &= ~(1<<9);//GPIOF.9推挽输出模式
GPIOF->OTYPER |=0<<9;
GPIOF->ODR|= 1<<9;//GPIOF.9=1，熄灭DS0
GPIOF->ODR&=~(1<<9);    //第九位输出0
GPIOF->ODR|=1<<9; //第九位输出1
GPIOF->BSRRH = 0x0200;     //第9位输出0
GPIOF->BSRRL = 0x0400;      //第10位输出1
uint32_t data=GPIOF->IDR //读取输入
uint32_t data=GPIOF->ODR //读取输出

7、位带操作

//位带区别名地址计算公式的c语言宏定义
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr&0xF0000000)+0x2000000+((addr&0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 
#define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr)) 
#define BIT_ADDR(addr, bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum)) 
//IO口地址映射
#define GPIOA_ODR_Addr (GPIOA_BASE+20)    //0x40020014
#define GPIOF_ODR_Addr (GPIOF_BASE+20)    //0x40021414    
#define GPIOA_IDR_Addr (GPIOA_BASE+16)     //0x40020010 
#define GPIOF_IDR_Addr (GPIOF_BASE+16)      //0x40021410 
//IO口位带操作的c语言宏定义
#define PFout(n) BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)  //位带输出（写） 
#define PFin(n) BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)    //位带输入（读）
PFout(9)=1;//输出1
PFout(9)=0;//输出0

8、寄存器开发与固件库开发的优缺点

寄存器开发方式的特点

运行速度快、占用存储空间小；需要学习、记忆各寄存器的功能、格式、每位作用含义，STM32F4有数百个寄存器

固件库开发方式的特点

直接调用固件库函数，无须深入了解各寄存器的具体格式

运行速度较慢、占用存储空间较大

9、理解CMSIS标准

使不同芯片公司Cortex-M4内核的芯片在软件上基本兼容。Cortex Microcontroller Software Interface Standard,Cortex微控制器软件接口标准

10、GPIO与其他模块结合的应用

驱动LED、按键，中断，USART等

11、GPIO端口复用：

注意初始化GPIO时一定选择****复用功能****，即GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = ****GPIO_Mode_AF;*并用*GPIO_PinAFConfig();****进行复用功能配置。要知道哪个资源可以复用哪些引脚，把我们学过的资源都整理出来备查

第3讲NVIC与EXTI

EXTI挂载在APB2上。

1、NVIC与EXTI的概念

NVIC:Nested Vectored Interrupt Controller，嵌入向量中断控制器

EXTI:External Interrupt/event controller,外部中断/事件控制器

2、NVIC相对VIC的优点

快，ns级响应速度，实时性强。标准，只要是Cortex内核，不同公司用法一样。

3、NVIC的中断管理规模（多少级中断、内核中断、外部中断各多少）、STM32F407的中断管理规模

256级可编程中断设置（8位），16个内核中断，240个可屏蔽中断，每个IO口都可以作为中断源。

管理中断：非屏蔽请求NMI、可屏蔽请求IRQ。中断源是IO口、外设、内核中断、系统异常中断

stm32只支持92个（10个内核中断，82个可屏蔽中断）4位16级优先管理，5组分组（没有使用Cortex内核IP的全部8位）

4、NVIC中断的优先级管理规则，理解抢占优先级、响应优先级，中断优先顺序、中断嵌套规则、中断优先级分组。STM32F4对NVIC中断优先管理上的实现

优先级分为抢占优先级（主优先级）、响应优先级（从优先级）。

中断嵌套规则：高抢占优先级嵌套低抢占优先级，同级不可嵌套，小号优先。

响应优先级不嵌套，只决定多个相同抢占优先级、不同响应优先级同时申请时的相应顺序，小号优先。

两种优先级都相同的多个中断源同时申请时，首先响应中断地址（向量）低（小号）

优先级规则针对中断通道而非中断源。

中断优先级分组：9种组合。

分组0:8位全用于响应优先级（0:8）

分组x：x位抢占优先级，8-x位响应优先级（x:8-x)

STM32对NVIC中断优先管理实现：只用高4位，16个可编程优先级

5、NVIC相关寄存器的含义

在core_cm4.h

ISER[8]:中断使能寄存器组

ICER[8]:中断失能寄存器组

ISPR[8]:中断挂起寄存器组

ICPR[8]:中断解挂寄存器组

IABR[8]:中断激活标志位寄存器组

(stm32只用3个)

IP[240]:中断优先级寄存器组（stm32只用82个，高4位）

STIR:软件触发中断寄存器组

6、固件库方式对NVIC初始化、中断优先级分组设定方法

void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);
typedef struct  {
  uint8_t NVIC_IRQChannel;                       //通道
  uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;  //抢占优先级
  uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;     //响应优先级
  FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd    //使能、失能
} NVIC_InitTypeDef;
//示例
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);// 分组2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn; //EXTI0通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x00;//0抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x02;//2响应优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//NVIC初始化

中断分组配置在寄存器SCB->AIRCR[10..8]中进行。

固件库函数：

void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)

例如：NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2)

(在初始化时配置一次，一般不改)

7、中断与事件区别

中断：需CPU执行ISR（中断服务程序）完成相关操作

事件：靠脉冲发生器产生一个脉冲，不需CPU干预，由硬件自动完成相关操作，如触发AD转换

可以这样简单认为,事件机制提供了一个完全由硬件自动完成触发到产生结果的通道,不要软件的参与,降低了CPU的负荷,节省了中断资源，提高了响应速度，是利用硬件来提升CPU芯片处理能力的一个有效方法。


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Java
内存技术
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