嵌入式STM32---学习笔记（个人笔记记录）
6.16（预计11月完成）
F1系统架构：四个主动单元+四个被动单元
主动单元
Cortex M3内核 DCode总线（D-Bus）
Cortex M3内核 DCode总线（D-Bus）
通用DMA1
通用DMA2
被动单元
内部FLASH
内部SRAM
FSMC
AHB到APB的桥，它连接的所有APB外设（AHB：高级高性能总线 APB：高级外围总线）
面试题
6.17
1、什么是嵌入式
嵌入式系统是专为特定应用场景设计的专用计算机系统，以微控制器（MCU）或微处理器（MPU）为核心，软硬件可裁剪。它通常对实时性、功耗、成本和可靠性有严格要求，区别于通用PC，典型特征是“软件固化在ROM中”且“软硬件强耦合”。
2、嵌入式最小系统由哪些部分组成
最小系统是指让MCU（微控制器）能够正常工作的最基本硬件电路集合。它通常由以下5个核心部分组成：1. 电源电路（供电）2. 时钟电路（心跳）3. 复位电路（重启）4. 调试/下载接口（烧录口）5. 启动模式选择电路（Boot）
3、嵌入式系统中常见的时钟源有哪些
本质上分为外部时钟源和内部时钟源两大类，具体常见类型如下：
1. 外部晶振/晶体（无源晶振，HSE/LSE）
高频晶振（HSE）：通常为8MHz或25MHz，作为PLL（锁相环）的输入，经倍频后提供主频（如72MHz、168MHz）。
低频晶振（LSE）：通常为32.768KHz，专门用于RTC（实时时钟）模块，因为该频率分频后（2^15）恰好能产生1秒的精确时钟。
2. 外部有源晶振（振荡器）
内部已包含振荡电路的完整时钟源，直接给MCU的OSC_IN引脚输入方波信号。它比无源晶振信号更稳定、抗干扰更强，但成本较高，常用于通信设备或对时钟抖动要求严苛的场景。
3. 内部RC振荡器（HSI/LSI）
由芯片内部的电阻电容构成，无需外接元器件。
高频内部时钟（HSI）：通常为8MHz或16MHz。优点是启动快（微秒级）、节省引脚，但精度较低（温漂大），常用于低功耗唤醒或作为备用时钟。
低频内部时钟（LSI）：通常为30KHz~40KHz左右，主要用于独立看门狗（IWDG）和低功耗模式的唤醒。
4. 外部时钟输入（GPIO直输）
直接由外部其他芯片（如蓝牙模块、GPS模块）产生的时钟信号从外部时钟输入引脚灌入，不经过晶振电路。
实际运行时，MCU很少直接使用原始时钟源，而是通过内部的PLL（锁相环）对HSE或HSI进行‘倍频’（如8MHz倍频到168MHz）后，再分频给内核、总线和各个外设使用。同时，为了保证系统可靠性，通常还会配置‘时钟安全系统（CSS），一旦检测到外部HSE失效，硬件自动切换到内部HSI，防止系统死机。
4、什么是时钟树
时钟树是MCU内部时钟系统的整体架构图，它描述了原始时钟源（晶振/RC）是如何经过一系列路径，最终分配给CPU、总线和各个外设使用的。
时钟树的核心处理流程是：时钟源 → 选择器（Switch）→ PLL（锁相环倍频）→ 分频器（Divider）→ 门控电路 → 外设/内核。
5、GPIO有哪些模式
一、输入浮空
特点：空闲时，IO状态不确定（高阻态），由外部环境决定
上下拉电阻关闭，双MOS管关闭，施密特触发器打开
二、输入上拉 key0，1，2
特点：空闲时，由于上拉电阻，IO呈现高电平
上拉电阻打开，下拉电阻关闭，施密特触发器打开，双MOS管不导通
三、输入下拉 key up按键
特点：空闲时，由于下拉电阻，IO呈现低电平
上拉电阻关闭，下拉电阻打开，施密特触发器打开，双MOS管不导通
四、模拟功能
特点：专门用于模拟信号输入或输出，ADC和DAC
上下拉关闭，施密特关闭，双MOS管不导通
输入的时候不能输出，但是输出的时候可以输入（输出模式，触发器打开）
五、开漏输出
特点：不能输出高电平，必须有外部上拉电阻才能输出高电平
上下拉电阻关闭，施密特触发器打开，P-MOS管始终不导通，往ORD对应位写0，N-MOS管导通，输出0；写1则P-MOS管不导通，呈现高阻态
六、推挽输出
特点：可输出高低电平，驱动能力强
上下拉电阻关闭，施密特触发器打开，往ORD对应位写0，N-MOS管导通，输出0；写1则P-MOS管导通，输出1
七、开漏输出复用模式
开漏输出P-MOS管永远不导通，所以不能输出高电平
八、推挽输出复用模式
来自片上外设的，都是复用模式
6、AHB总线时钟和APB总线时钟的关系？
AHB是APB的“父时钟”，APB时钟由AHB时钟经过“分频器”分频得到。
7、为什么外设使用前要使能时钟？
表层原因：为了降低功耗
但深层原因涉及寄存器操作的有效性。
1. 核心原因：时钟门控（Clock Gating）降低动态功耗
CMOS电路的功耗主要由动态功耗（翻转充放电）决定。MCU内部所有外设的数字逻辑（如寄存器、状态机）都需要时钟边沿触发才能工作。如果所有外设时钟默认全开，即使外设未使用，也会产生巨大的无效翻转电流。因此，芯片设计采用“时钟门控”技术——默认关闭所有外设时钟，使用时再通过RCC（复位和时钟控制）模块使能，从而大幅降低整机功耗。
2. 根本原理：寄存器写入需要有效时钟边沿
如果外设时钟未使能，其内部的总线接口（APB/AHB桥接器）处于休眠状态。此时，即使CPU通过总线向外设寄存器写入配置值，该写操作也无法被外设锁存（因为没有时钟边沿触发作保持），写入无效。读取时也会读到默认的复位值（或产生总线错误）。
3. 🔥 面试必杀技：避免进入HardFault（硬错误）
在Cortex-M内核中，如果外设时钟未使能而强行访问该外设的寄存器，在某些系列（如STM32F1/F4）中虽不会立刻HardFault，但寄存器写入无效，极易引发业务逻辑乱套；而在部分安全等级较高的MCU或某些总线配置下，此类非法访问会直接触发总线错误（Bus Fault），进而导致HardFault，使系统死机。
因此，正确的初始化顺序必须是：先使能RCC对应外设时钟（等待硬件稳定）→ 再配置GPIO复用功能 → 最后配置外设寄存器并使能外设本身。
6.18
输出控制，输入检测
头文件配置
#ifndef __LED_H #define __LED_H #include "stm32f10x.h" //寄存器配置 //宏定义函数 //PB5 低电平有效 #define LED0_ON() do{ GPIOB->ODR &= ~(0X01U << 5); }while(0) //开 #define LED0_OFF() do{ GPIOB->ODR |= (0X01U << 5); }while(0) //关 #define LED0_TOGGLE() do{ GPIOB->ODR ^= (0X01U << 5); }while(0) //翻转 //PE5 低电平有效 #define LED1_ON() do{ GPIOE->ODR &= ~(0X01U << 5); }while(0) //开 #define LED1_OFF() do{ GPIOE->ODR |= (0X01U << 5); }while(0) //关 #define LED1_TOGGLE() do{ GPIOE->ODR ^= (0X01U << 5); }while(0) //翻转 void Register_LED_Init(void); #endif#ifndef __BEEP_H #define __BEEP_H #include "stm32f10x.h" //PB8 高电平有效 //宏定义函数 #define BEEP_ON() do{ GPIOB->ODR |= (0X01U << 8); }while(0) //开 #define BEEP_OFF() do{ GPIOB->ODR &= ~(0X01U << 8); }while(0) //关 #define BEEP_TOGGLE() do{ GPIOB->ODR ^= (0X01U << 8); }while(0) //翻转 void Register_BEEP_Init(void); #endif#ifndef __KEY_H #define __KEY_H #include "stm32f10x.h" //按键读取 #define KEY_UP_READ() do{ (((GPIOA->IDR) & (1U << 0)) ? 1 : 0) ; }while(0) //开 #define KEY0_READ() do{ ((((GPIOE->IDR) & (1U << 4))==0U)? 1 : 0) ; }while(0) //关 #define KEY1_READ() do{ ((((GPIOE->IDR) & (1U << 3))==0U)? 1 : 0) ; }while(0) //翻转 #define KEY2_READ() do{ ((((GPIOE->IDR) & (1U << 2))==0U)? 1 : 0) ; }while(0) //翻转 void Register_KEY_Init(void); #endif