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32单片机学习记录0之前导

article 2025/2/12 18:36:51

32单片机前导

ARM的Cortex_M4是什么？

ARM Cortex-M4是ARM公司开发的一款32位RISC处理器内核，属于Cortex-M系列，主要面向嵌入式系统应用。以下是它的主要特点：

性能和效率：

  • 支持最高168MHz的时钟频率
  • 采用3级流水线架构
  • 哈佛结构（指令和数据使用独立总线）

关键功能：

  • 包含硬件除法单元和DSP指令集
  • 支持单精度浮点运算（FPU是可选的）
  • SIMD（单指令多数据）指令支持
  • 内置中断控制器（NVIC）

主要应用领域：

  • 工业控制系统
  • 消费电子产品
  • 汽车电子
  • 医疗设备
  • 智能家居设备

与其他Cortex-M系列的区别：

  • 比Cortex-M0/M0+更强大的处理能力

  • 比Cortex-M3增加了DSP和可选的FPU功能

    • 如果应用涉及大量的浮点计算，使用 FPU 可以显著提高效率，而无需软件模拟浮点运算。
    • DSP 指令（如 Saturating arithmetic、SIMD（单指令多数据）、乘加运算（MAC））适用于需要快速处理大量数据的应用

  • 在性能和功耗之间达到较好的平衡

它特别适合需要数字信号处理或实时控制的应用场景，比如电机控制、音频处理等。

跟STM32有什么关系？

STM32和Cortex-M4的关系可以这样理解：

核心架构关系：

  • STM32是意法半导体(ST)基于ARM Cortex-M核心开发的微控制器产品系列
  • STM32F4系列就是使用了Cortex-M4作为CPU内核
  • 可以说Cortex-M4是"大脑"，而STM32是包含这个"大脑"的完整芯片

具体组成：

  • ARM公司提供Cortex-M4内核的设计
  • ST公司在此基础上添加：
    • 片上外设（GPIO、定时器、ADC等）
    • 存储器（Flash和RAM）
    • 时钟系统
    • 电源管理单元

产品系列：

  • 使用Cortex-M4内核的STM32主要有：
    • STM32F4系列（最常用）
    • STM32F3系列
      • 103C(48个引脚)8(64Kbytes)T(封装类型)6(工作温度)
    • 部分STM32L4系列

商业关系：

  • ST公司向ARM支付授权费用
  • 获得Cortex-M4内核的使用权
  • 基于此开发自己的微控制器产品

简单来说，就像电脑中CPU和整机的关系 - Cortex-M4相当于CPU，而STM32则是一台完整的电脑，包含了CPU和其他必要组件。

相当于就是CPU芯片和基于芯片开发的开发板关系吗？

不完全是这样。让我解释得更清楚一点：

层级关系：

  • Cortex-M4：是CPU内核设计，相当于"图纸"

    • 设计和架构图纸

  • STM32：是一个完整的微控制器芯片

    • 实现图纸外加必要的片上外设

  • STM32开发板：是基于STM32芯片制作的电路板

    • 满足其他开发需求，与芯片和片外外设设备构成的系统

可以用这样的层级关系来理解：

Cortex-M4（CPU内核设计）
    ↓
STM32（完整芯片，包含内核和外设）
    ↓
STM32开发板（包含芯片和外围电路）

举个具体例子：

  • Cortex-M4 = Intel的CPU架构（如x86架构）
  • STM32 = Intel的实体CPU芯片（如基于x86架构的i5处理器）
  • STM32开发板 = 完整的电脑主板

主要区别：

  • STM32已经是一个实体芯片，不仅包含Cortex-M4内核，还包含了：
    • 外设接口
    • 存储器
    • 时钟系统
    • 电源管理
  • 开发板则是在STM32芯片基础上增加了：
    • 供电电路
    • 晶振
    • 按键
    • LED
    • 各种接口电路

所以准确地说，是"CPU架构→微控制器芯片→开发板"的关系。

所以说他是经过ARM公司验证的，其他公司可以基于这个去开发自己的芯片对吗？那也就是说ARM其实是自己开发过对应的芯片验证的，只不过把这一套设计方案公开卖钱而已？

让我来纠正一个常见的误解：

ARM的商业模式：

  • ARM公司本身不生产芯片
  • 他们专注于处理器设计和IP开发
  • 通过多种方式验证其设计：
    • 软件仿真验证
    • FPGA原型验证
    • 与合作伙伴协同验证

验证过程：

  • ARM会先做内部验证
  • 然后与首批客户（通常是大公司）合作进行流片验证
  • 例如：可能会和三星、台积电等公司合作验证工艺适配性

为什么ARM选择这个模式：

  • 专注于设计创新
  • 避免与客户竞争
  • 降低运营成本
  • 让更多公司能用上先进的CPU设计

客户获得的好处：

- 无需从零开始设计CPU
- 可以专注于自己的差异化设计
- 节省研发时间和成本
- 降低设计风险

这就像餐饮连锁的模式：

  • ARM = 开发菜品配方的总部
  • 客户 = 开店的加盟商
  • ARM不开店，只卖配方和运营方案
  • 每个加盟商可以根据当地特色做调整

所以ARM不是"做出来再卖方案"，而是"专门设计和验证方案"的公司。这是一个非常成功的商业模式，让ARM能专注于设计创新，而让制造商专注于生产和市场差异化。

我记得ARM业务也有芯片吧？处理器？

ARM公司本身确实不直接生产和销售芯片，您可能把ARM架构的处理器和ARM公司搞混了。我来解释一下：

传送门

常见的ARM架构处理器：

  • 高通的骁龙系列（用ARM架构）
  • 苹果的A系列、M系列（用ARM架构）
  • 三星的Exynos系列（用ARM架构）
  • 联发科的处理器（用ARM架构）

ARM的主要业务：

  • CPU架构设计
  • GPU设计（Mali系列）
  • 相关IP授权
  • 技术支持服务

容易混淆的原因：

我们常说：
"这是ARM处理器" → 实际是"基于ARM架构的处理器"
"ARM芯片" → 实际是"使用ARM设计的芯片"
"ARM手机" → 实际是"使用ARM架构处理器的手机"

具体例子：

  • iPhone 15用的处理器：
    • 人们说"用的是ARM处理器"
    • 实际是"苹果自研的基于ARM架构的A17处理器"

所以ARM公司的确没有直接生产处理器，只是因为ARM架构太普及了，导致很多人直接把使用ARM架构的处理器叫做"ARM处理器"。这种叫法虽然不够准确，但已经被广泛接受了。

芯片和内核的区别

好的，让我用通俗的方式解释内核和芯片的关系：

内核（Core）：

  • 是CPU的核心计算单元
  • 负责执行基本运算和逻辑操作
  • 包含关键部件：
    • 运算单元（ALU）
    • 控制单元
    • 寄存器组
    • 缓存等

芯片（Chip）：

  • 是一个完整的集成电路
  • 包含内核和其他必要组件：
    • CPU内核
    • 存储器（RAM/ROM）
    • 外设接口
    • 总线系统
    • 电源管理单元

举个例子：

手机处理器的层级：
内核（Cortex-A78）
    ↓
CPU（包含多个内核+ 缓存等）
    ↓
SoC芯片（CPU + GPU + 其他组件）

具体应用场景：

  • 高通骁龙8 Gen 3：
    • 内核：使用ARM Cortex-X4等内核
    • 芯片：集成了这些内核，并加入：
      • GPU（图形处理）
      • NPU（AI处理）
      • ISP（图像处理）
      • 调制解调器
      • 其他功能模块

形象比喻：

  • 内核 = 发动机的气缸
  • CPU = 完整的发动机
  • 芯片 = 整个动力系统（发动机+变速箱+控制系统）

这就像是从"零件→部件→整机"的关系，每一层都在前一层的基础上增加更多功能。

ARM设计的内核是没有实体的吧？由芯片公司生产商生成符合各自需求的实体CPU芯片吧？

对，你理解得很准确！让我具体解释一下这个过程：

ARM提供的内核设计：

  • 是RTL级代码（硬件描述语言）
  • 包含详细的实现规范
  • 提供验证平台
  • 还没有物理实现

芯片公司的工作：

ARM的设计
    ↓
工艺适配（比如台积电5nm）
    ↓
添加自己的设计（缓存、总线等）
    ↓
物理设计（版图设计）
    ↓
流片生产（在晶圆厂制造）

举个例子：

  • 高通骁龙8 Gen 3：
    • 使用ARM的Cortex-X4内核设计
    • 高通自己决定：
      • 制造工艺（台积电4nm）
      • 缓存大小
      • 运行频率
      • 功耗控制
      • 其他定制化设计

为什么这样做：

  • 让不同公司能根据自己的需求：
    • 选择合适的制造工艺
    • 优化性能和功耗
    • 添加特色功能
    • 控制成本

这就像是ARM提供了"设计图纸"，各家公司基于这个图纸，结合自己的需求和工艺，制造出实体的芯片产品。

裸机开发与系统开发

芯片是裸机开发效率高还是系统开发效率高？两者的应用场景

裸机开发（Bare-metal Programming）

裸机开发是指直接操作硬件，没有运行操作系统，程序直接运行在芯片上。

效率
  • 开发效率：对简单项目效率较高，因为没有复杂的系统抽象层，直接操作寄存器即可实现功能。
  • 执行效率：更高，因为没有操作系统的调度和资源占用，程序可以完全掌控硬件资源，实时性强。
适用场景
  1. 资源受限的芯片：如8位/16位MCU，RAM和ROM较小，无法承载操作系统。
  2. 高实时性要求：如工业控制、信号处理、硬实时任务（如电机控制、传感器采集）。
  3. 功耗敏感场景：操作系统可能增加不必要的功耗，裸机程序可以实现更精准的功耗控制。
  4. 简单功能的嵌入式系统：如单一功能的设备（LED控制、简单通信模块）。
优点
  • 程序占用资源少。
  • 程序启动速度快，运行效率高。
  • 对硬件的控制灵活、粒度细。
缺点
  • 开发复杂度较高，需要深入了解硬件和寄存器。
  • 难以扩展或移植，代码复用性低。
  • 缺乏系统服务（如文件系统、网络协议栈）。

系统开发（基于RTOS/OS）

系统开发指在一个嵌入式操作系统（如FreeRTOS、Zephyr、Linux等）上进行开发，程序通过操作系统接口与硬件交互。

效率
  • 开发效率：高，特别是对于复杂项目，操作系统提供了任务调度、内存管理、中断处理等机制，开发者专注于高层逻辑。
  • 执行效率：可能略低于裸机，因为操作系统会消耗部分资源（CPU、内存）。
适用场景
  1. 复杂系统：需要同时运行多个任务或具有复杂功能（如通信协议、文件系统、GUI）。
  2. 高可扩展性需求：如物联网设备、智能家居产品。
  3. 需要标准接口：如支持TCP/IP网络通信、USB协议等。
  4. 开发周期要求快：操作系统生态提供丰富的库和驱动，减少了开发时间。
优点
  • 提供任务调度和多线程支持，易于实现复杂功能。
  • 易扩展，代码可移植性高。
  • 提供丰富的系统服务（文件系统、网络协议、时间管理等）。
缺点
  • 系统资源开销大，需要更高性能的芯片。
  • 实时性可能不足，尤其是基于通用操作系统的开发。
  • 需要学习和调试操作系统相关问题。

总结对比

对比维度裸机开发系统开发
开发复杂度高，需要理解硬件底层相对低，依赖系统提供的抽象接口
实时性高，完全掌控硬件较低，受调度机制影响
资源需求低，可运行在资源受限的芯片上高，需要更多RAM和Flash
应用场景单一功能、资源受限设备、高实时性需求功能复杂、多任务系统、快速开发需求

ARM和RAM公司的业务的区别

ARM 和 RAM 的确属于不同的业务类型，简单来说，ARM 专注于芯片设计（尤其是CPU内核架构），而 RAM 是典型的芯片制造或供应商（假设这里你指的是存储芯片制造商，如 DRAM 或 SRAM 厂商）。以下是更详细的区别：

ARM（现为 Arm Ltd.）的业务

  • 核心业务：Arm 专注于设计微处理器架构，尤其是低功耗、高性能的处理器架构（如 Cortex-M、Cortex-A 和 Cortex-R 系列）和指令集（如 ARMv7、ARMv8、ARMv9）。
  • 业务模式：
    • Arm 不制造芯片，而是以知识产权（IP）授权的形式，将其设计授权给芯片制造商（如高通、三星、苹果、联发科等）。
    • 客户购买 Arm 的 IP，结合自己的设计需求，制造出最终的芯片。
  • 产品类型：
    • 处理器核心：Cortex 系列、Neoverse（针对数据中心）等。
    • GPU：Mali 系列。
    • 其他IP：如互连技术（CoreLink）、系统控制器（System IP）等。
  • 应用领域：
    • 手机、平板、智能手表、物联网设备、汽车电子、高性能计算。

RAM 的业务

假设你提到的 RAM 是指存储芯片供应商，例如三星（Samsung）、海力士（SK Hynix）、美光（Micron）等。

  • 核心业务：RAM 厂商专注于存储芯片的研发与制造，包括 DRAM（动态随机存取存储器）和 SRAM（静态随机存取存储器）。
  • 业务模式：
    • 这些公司通常自行设计并制造存储芯片，直接供货给设备制造商（如手机厂商、服务器厂商）或芯片集成商。
  • 产品类型：
    • DRAM：用于PC、服务器、移动设备的系统内存。
    • SRAM：嵌入式存储器，用于高性能处理器或SoC中。
    • 闪存（NAND、NOR）：非易失性存储器，用于SSD、U盘等设备。
  • 应用领域：
    • 存储设备、手机内存、服务器内存、高性能计算的存储部分。

两者的关键区别

维度Arm（架构设计商）RAM厂商（存储芯片制造商）
核心产品CPU/GPU/SoC架构设计（IP授权）存储芯片（DRAM、SRAM、NAND等）
业务模式IP授权，客户制造芯片自主研发、设计并制造存储芯片
客户芯片厂商（如高通、苹果、联发科）消费电子、数据中心、服务器厂商
制造工艺不涉及制造，专注设计涉及从设计到制造的完整流程
应用范围计算核心，应用在处理器、控制器等存储硬件，应用在计算设备的内存部分

简单总结

  • Arm：设计并授权微处理器架构和相关技术，是全球领先的IP供应商。它的客户是芯片制造商。
  • RAM 厂商：生产和销售存储芯片（如内存条、嵌入式RAM），直接服务于终端设备制造商或数据中心。

两者共同服务于电子产业，但分别覆盖计算核心和存储部分，是互补的角色。

单片机最小系统

单片机最小系统的组成

  1. 单片机核心（MCU本体）

    • 包括 CPU、存储器、输入/输出接口等。

    • 类比：人的大脑

      • CPU 相当于大脑中的逻辑和控制中心，负责决策和处理所有的计算任务。
      • 存储器（RAM/Flash） 相当于短期记忆（RAM）和长期记忆（Flash），用于存储即时需要的信息和永久知识。
      • I/O接口 类似于大脑与外界交互的“神经网络”，接收感官输入（外部信号），并发出指令（控制输出）。

  2. 时钟电路（重点）

    • 提供系统运行的基准时间信号。

    • 类比：心脏

      • 心脏通过跳动为身体提供节奏，同样，单片机的时钟电路（晶振或内部时钟）提供运行的时序，让所有功能模块按节奏工作。

    • STM32F40x 芯片内部包含了一个 RCC 振荡，但是精度不是很高，所以我们一般都会加一个外部晶振，也叫外部时钟。外部晶振晶。振管脚：PinH0(OSC_IN)和 PinH1(OSC_OUT)。晶振的大小范围是：4-26MHz,常用的是 25M 或 8M 的晶振。

  3. 电源电路（重点）

    • 提供单片机运行所需的电力。

    • 类比：血液循环系统

      • 血液输送能量和氧气，而电源为单片机提供电压和电流，是其运行的基础。

  4. 复位电路（重点）

    • 让单片机启动时进入一个已知的初始状态。

    • 复位管脚 Pin(NRST)，STM32 是低电平复位，开发板用ＲＣ电路,构成上电复位，用按键对地构成手动复位。

    • 类比：人体的清醒机制或“重启”功能

      • 比如当人昏迷或睡眠时，经过一定刺激（如喝水或休息）重新清醒，复位电路类似于这种“重启”功能，确保系统开始时是清晰而非混乱的状态。

      在这里插入图片描述

    • 从这个原理图来看，有2种复位方式:

      1. 手动复位：通过按键K5进行复位操作。当按下K5按键时,将RESET信号接地（电平被拉低）,触发复位。
      2. 上电复位：通过RC电路(由电阻R和电容C14组成)实现。当电源刚接通时,C14会先充电,在充电过程中会产生一个复位脉冲,确保系统在上电时能正常复位初始化。电容C14的值是0.1μF。

      这是一个比较典型的复位电路设计,既保证了系统能在上电时自动复位,又提供了手动复位的功能,增加了系统的可靠性和灵活性。

    • 也就是说电容充电过程中是复位的？充满了就会保持高电平从而退出复位状态？ 所以每一次接通电源都可以上电复位一次？后面需要手动按键？

      1. 上电复位过程:
      • 刚接通电源时,电容C14从0V开始充电
      • 充电过程中RESET保持低电平,系统处于复位状态
      • 当电容充满后,RESET变为高电平,系统退出复位状态开始正常工作
      1. 后续复位操作:
      • 系统正常工作时,电容保持充满状态,RESET维持在高电平
      • 如果需要再次复位,只能通过按K5按键将RESET拉低
      • 松开K5后,电路恢复高电平,系统重新开始工作

      所以是的:

      • 每次重新接通电源,都会自动触发一次上电复位
      • 在系统运行过程中如果需要复位,就需要手动按K5

      这样的设计确保了系统每次启动都能正确初始化,同时也提供了手动复位的选择。

    • 是否复位取决于RESET的电平是否为低,而不是高

    • 上电时默认是低电平(复位状态),而不是高电平

    • 需要等电容充电后,RESET才会变为高电平,系统才会退出复位状态

  5. 输入设备

    • 用于接收外部信号（如按键、传感器输入）。

    • 类比：人的感官

      • 眼睛、耳朵、皮肤等感官器官接收外界信号，并传递到大脑进行处理。

  6. 输出设备

    • 单片机通过这些设备控制外部硬件（如LED、蜂鸣器、显示屏）。

    • 类比：人的肢体或发声器官

      • 就像手、脚执行任务，口发出声音，单片机通过输出设备完成对外界的影响。

  7. 通信接口

    • 单片机与外界（或其他单片机）交换信息的通道（如UART、SPI、I2C）。

    • 类比：人的语言和交流能力

      • 语言是人与人之间的通信工具，通信接口则是单片机之间或与其他设备的“语言”。

单片机最小系统整体类比

可以将最小系统看作一个简化的人体：

  • 大脑（MCU核心）：控制整个系统，负责决策和逻辑运算。
  • 心脏（时钟）：提供生命的节奏（时序）。
  • 血液循环（电源）：为系统提供持续的能量。
  • 感官（输入设备）：接收外界信号并传递给大脑。
  • 肢体（输出设备）：执行大脑指令，对外界产生影响。
  • 语言系统（通信接口）：与外界交流、协作。

形象总结

  • 单片机最小系统相当于一个简单的人体，可以感知（输入）、思考（处理）、行动（输出）并与外界交流（通信）。
  • 像人一样，最小系统的各部分必须协调工作才能正常运转。缺少任何一个关键部分，系统都无法完整运行，例如缺少“心脏”（时钟），整个系统就无法按时序运作。

这样类比，可以更直观地理解单片机最小系统的组成及其重要性。

STM32F4xx的三种启动方式

主闪存存储器启动 (Boot0=0)：

  • 从Flash启动运行用户程序
  • 产品正常工作时的默认方式
  • 程序存储在内部Flash,掉电不丢失
  • 实例：
    • 设备上电正常运行时
    • 产品发货后的工作状态

系统存储器启动 (Boot0=1, Boot1=0)：

  • 启动内置Bootloader程序
  • 用于程序下载和固件更新
  • 实例：
    • 通过串口下载程序
    • 通过WiFi无线更新固件
    • 使用ISP方式远程升级
    • 产品返厂维修重新烧录程序

SRAM启动 (Boot0=1, Boot1=1)：

  • 从内部SRAM启动运行程序
  • 主要用于程序调试和测试
  • 掉电程序丢失
  • 实例：
    • 开发调试阶段
    • 需要高速运行的特殊应用

特别说明下载方式与启动方式的对应关系：

STLink下载器：

  • 通过JTAG/SWD接口直接操作Flash
  • 类似51单片机的烧录器方式
  • 主要用于开发阶段

串口/WiFi下载：

  • 使用系统存储器启动方式
  • 通过Bootloader实现程序更新
  • 适合产品后期维护升级
  • 可以实现远程在线更新

在实际应用中通常：

  • 正常运行时使用主闪存启动
  • 需要更新程序时切换到系统存储器启动
  • SRAM启动较少使用

所以开发阶段使用的是STLink和烧录工具居多，产品出来后，到用户手中后，改用wifi下载程序？

开发阶段：

  • 主要使用STLink下载器(JTAG/SWD接口)
  • 因为开发时需要：
    • 频繁下载程序
    • 单步调试功能
    • 实时观察变量
    • 断点功能等
  • 类似51单片机使用烧录器的方式

产品发布后：

正常运行：

  • Boot0=0，使用主闪存启动方式
  • 运行用户程序

需要更新程序时：

  • 通过WiFi远程切换到系统存储器启动模式
  • 使用ISP方式更新程序
  • 优点是：
    • 用户不需要拆机
    • 不需要专业工具
    • 可以远程批量更新
    • 维护方便

这种方式在物联网产品中特别常见：

  • 开发时用STLink调试开发
  • 产品出厂后通过WiFi实现远程固件升级(OTA升级)
  • 既保证了开发效率，又提供了便捷的升级维护方式

两者的调试方式的区别

STM32F4xx使用STLink下载器外设可以实时调试，但是51使用烧录工具不能实时调试，这就是两者的区别？

你提到的差异确实是 STM32 和 51 系列单片机开发中的一个显著区别，但这个区别不仅仅在于工具的不同，还涉及到芯片架构和调试机制。

STM32 (以STM32F4xx为例)

  1. 调试工具和机制
    STM32支持SWD（Serial Wire Debug）或JTAG接口，可以与STLink等调试器结合使用。这种调试接口允许：
    • 实时调试：设置断点、单步运行、变量查看和修改等操作都可以直接在运行过程中进行。
    • 片上调试资源：STM32芯片内部集成了调试模块（如CoreSight架构的Debug模块），可以在不干扰主程序运行的情况下采集信息。
    • 内存查看：实时查看和修改寄存器、外设寄存器和内存内容。
  2. 芯片设计
    STM32属于Cortex-M架构，内置调试支持模块（如ITM、DWT等），这些模块专为调试和跟踪任务设计。
  3. 调试器功能
    STLink下载器不仅是下载工具，还是调试器，具备实时通信能力。开发环境（如Keil、IAR、STM32CubeIDE）结合这些工具可以实现实时调试。

51单片机（通过HEX文件烧录）

  1. 烧录工具和机制
    传统的51单片机（如STC系列）通常只提供ISP（In-System Programming）接口或UART接口，用于程序下载，而缺乏专门的调试接口。
    • 烧录工具：主要作用是将程序写入Flash，之后通过复位启动运行。
    • 无实时调试支持：下载后程序直接运行，调试需要通过打印（如串口调试）或LED指示等手段，无法在运行中直接修改或观察程序状态。
  2. 芯片设计
    传统的51单片机架构简单，通常没有集成硬件调试模块。如果需要调试，通常只能使用仿真器（如Keil的MON51或ULINK仿真器），但很多情况下硬件仿真器并不常见或被简化。
  3. 开发工具差异
    使用烧录工具时，功能单一（下载代码），不具备调试能力。调试功能依赖于其他仿真工具或软件模拟。

总结

  • STM32由于硬件架构和调试器的设计，可以通过STLink实现高效的实时调试，适合现代复杂项目的开发。
  • 51单片机由于架构和工具的限制，实时调试能力有限，更适合简单应用或需要低成本方案的项目。

如果希望在51平台上实现类似STM32的调试体验，可以考虑使用支持调试功能的仿真器，但通常成本较高且操作复杂。

Flash和SRAM以及堆区和栈区的区别？

Flash（闪存）特点：

  1. 非易失性存储器，断电后仍能保存数据
  2. 主要用于存储程序代码和固件
  3. 写入速度较慢，擦除需要一定时间
  4. 存储容量相对较大，但写入次数有限
  5. 通常用于存储bootloader、应用程序等固定的代码和数据

SRAM（静态随机访问存储器）特点：

  1. 易失性存储器，断电后数据丢失
  2. 读写速度非常快
  3. 容量相对较小
  4. 通常用于存储程序运行时的临时数据
  5. 功耗相对较高

堆区（Heap）特点：

  1. 动态内存分配区域
  2. 由程序员手动管理内存（malloc/free）
  3. 分配和释放较为灵活
  4. 可以在程序运行期动态申请内存
  5. 容易产生内存碎片
  6. 分配速度相对较慢

栈区（Stack）特点：

  1. 存储局部变量和函数调用信息
  2. 由编译器自动管理
  3. 内存分配和释放速度快
  4. 空间有限，大小在编译时确定
  5. 后进先出（LIFO）的数据结构
  6. 栈溢出会导致程序崩溃

主要区别：

  1. 存储特性：
    • Flash：非易失性，保存程序代码
    • SRAM：易失性，存储运行时数据
    • 堆区：动态分配，生命周期灵活
    • 栈区：自动管理，生命周期固定
  2. 管理方式：
    • Flash：固件烧写
    • SRAM：硬件直接访问
    • 堆区：程序员手动管理
    • 栈区：编译器自动管理
  3. 访问速度：
    • SRAM > 栈区 > 堆区 > Flash
  4. 典型使用场景：
    • Flash：存储固件、配置信息
    • SRAM：存储运行时变量
    • 堆区：动态分配大小不确定的内存
    • 栈区：存储局部变量、函数调用信息

这四者有必然的联系或者包含关系吗？

物理存储角度：

  1. Flash和SRAM是硬件存储介质
  2. 堆区和栈区是内存逻辑划分

嵌入式系统中的典型关系：

  • Flash存储程序代码和静态数据
  • 程序运行时，代码和初始数据从Flash加载到SRAM
  • SRAM中划分堆区和栈区用于动态内存管理

具体加载过程：

  1. 程序编译后，代码段和数据段存储在Flash
  2. 系统启动时，将代码、只读数据拷贝到SRAM
  3. SRAM中划分:
    • 代码段
    • 数据段
    • 堆区
    • 栈区
int global_var = 10;     // 静态数据，初始存Flash，运行时在SRAM
void func() {
    int local_var;       // 局部变量，分配在栈区
    char* ptr = malloc(100);  // 动态分配，在堆区
}

官方提供的数据手册和参考手册各自扮演着什么作用？

对于STM32单片机的学习，官方提供的数据手册（Datasheet）和参考手册（Reference Manual）都是非常重要的参考资料，它们在不同层面上为开发者提供了关键信息：

数据手册（Datasheet）主要关注硬件和电气特性：

  1. 芯片的基本参数，如供电电压范围、工作温度范围
  2. 管脚定义和管脚描述
  3. 封装类型和外形尺寸
  4. 电气特性，如最大电流、功耗
  5. 时钟系统的基本配置
  6. 最大/最小极限参数

参考手册（Reference Manual）则提供了更深入的技术细节：

  1. 详细的外设模块描述
  2. 寄存器映射和寄存器功能解释
  3. 外设的工作原理和详细配置方法
  4. 中断、DMA等高级特性的使用方法
  5. 内核架构和指令集
  6. 存储器映射和总线接口

简单来说，数据手册就像是芯片的"身份证"，告诉你最基本的硬件信息；而参考手册则像是"使用说明书"，详细解释了如何充分利用芯片的各种功能。对于STM32单片机的学习和开发，这两份文档都是必不可少的参考资料。

在数据手册中找到引脚分布图

根据芯片型号知道封装类型C8T6,为LQFP封装48引脚。

在这里插入图片描述

圆点为1号引脚，引脚编号逆时针递增

特殊引脚的功能和作用

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

电流从漏极到源极

STM32F103C8T6的BOOT0引脚通过跳线帽可以选择不同的启动模式：

  • STM32F103C8T6有3种启动模式：

    1. 主闪存存储器（BOOT0=0）

      • 默认模式

      • 执行用户程序

      • 从内部Flash启动

    2. 系统存储器（BOOT0=1）

      • 使用ST bootloader

      • 通过串口下载程序

      • 允许固件更新

    3. 内部SRAM（特殊条件）

      • 极少使用

      • 用于特殊调试场景

  • 选择0模式的原因：

    • 最稳定
    • 执行自身程序
    • 性能最佳
    • 无需额外下载步骤

    大多数应用直接使用主闪存模式满足需求。

普通引脚的命名规则

在这里插入图片描述

芯片引出的引脚除了特殊引脚之外，就是GPIO口引脚了，他们根据不用的工作模式起到不同的作用


http://www.kler.cn/a/542416.html

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