微控制器及应用/嵌入式微控制器 期末复习指南
本指南服务于课上老师画的知识点范围，基于授课PPT内容
期末复习看这一篇就够了，考试不考的不写，写的就是考试内容
PPT章节总览：
一、诸论
1、嵌入式微控制器及嵌入式系统
基本概念：控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置
基本组成：嵌入式处理器、输入/输出接口，外部设备，被控设备，人机接口
嵌入式处理器：
包括：
1）嵌入式微控制器（MCU）
中央处理器、存储器、定时器/计算器、各种输入/输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
2）嵌入式数字信号处理器（DSP）
专用于（通常为实时的）数字信号处理的微处理器。
3）嵌入式微处理器（MPU）
具有较高的性能，32位以上的处理器。
4）嵌入式片上系统（SoC）
将计算机或其他电子系统集成为单一芯片,实现软硬件的无缝结合（目的低功耗/低时延高/稳定性）
2、嵌入式处理器的技术指标
1）字长：嵌入式处理器内部参与运算的数据最大位数。
2）主频：嵌入式处理器内核工作的时钟频率。单位是MHz,GHz
3）运算速度：采用单位时间内各类指令的平均执行条数的表示方法。通常是单字长定点指令平均执行速度(MIPS,DMIPS)。
4）指令集：复杂指令集CISC 和 精简（快速）指令集RISC
CISC：处理复杂功能、指令码长、多种内存寻址方式、微程序结构使用微指令控制
RISC：定长指令、指令流水线、简化的内存管理（寄存器）、硬布线、单周期执行指令、编译复杂（根据微控制器结构优化编译）
5）体系架构：
冯.诺依曼：数据和指令都存储在一个存储器中
哈佛：数据和程序独立存储
6）流水线：
别的科目学烂的知识点，po个图就行了
7） 寻址能力：由地址总线决定，32位AB寻址能力为4GB。
8）功耗：有工作功耗、待机功耗等指标。单位为mW/Hz，W/Hz
9）工作温度：民用（0~70℃）、工业用（-40 ~85℃）、军用（-55~125℃）、航天（范围更宽）
3、ARM Cortex-M3微控制器组成
二、ARM嵌入式微处理器
1、指令执行过程
2、ARM处理器特点
1）更高的能效：花小钱干大事，省电性能高
2）更少的代码：高密度指令集，功能完备，ROM/RAM/闪存要求低
3）易于使用：厂商都写好了，直接调包即可
4）更高的性能：参考苹果的MacBook或者手机的骁龙/天玑
5）更有竞争力的产品：黑鲨、小米、华为、OPPO、VIVO等等......
了解：
3、ARM 处理器
1）工作状态：
ARM状态：处理32位指令
Thumb状态：处理16位指令
调试状态：停机调试
2）工作模式：
特权模式：除用户模式以外
异常模式：除用户与系统模式以外
（码掉的是未定义模式-und）
4、ARM 寄存器
总共有37个寄存器，可以分为以下两类：
1）通用寄存器：
其中：
① 未分组寄存器：
— R0 ～R7（8 个）
— 所有模式共用这8个通用寄存器。
② 分组寄存器：
— R8 ～R12（10 个）
∗ 每个寄存器对应2个不同的物理寄存器
∗ 处理器使用 FIQ模式时，使用 R8_fiq～R12_fiq
（发生 FIQ 中断后，可以加 速 FIQ 的处理速度）
∗ 其他模式下使用 R8_usr～R12_usr
— R13 ～R14（12 个）
∗ 用户模式与系统模式共用 R13_usr，R14_usr
∗ 5 种异常模式各有各自的 R13和 R14
∗ R13 常作为堆栈指针（SP）
∗ R14 为链接寄存器（LR），在结构上有两个特殊功能：
(a) 每种模式下，模式自身的 R14版本用于保存子程序返回地址；
(b) 发生异常时，将 R14 对应的异常模式版本设置为异常返回地址（有些异常 有一个小的固定偏移量）
③ 程序寄存器（PC）R15：
— 用于控制程序中指令的执行顺序。正常运行时，PC指向CPU运行的下一条指令
— PC 的值可以改变CPU的执行流向
2）状态寄存器：
补充：
— 32 位的微处理器，ARM体系支持的最大寻址空间为4GB（字节）
— 程序正常执行时，每执行一条ARM指令，当前PC加4个字节，每执行一条Thumb 指令，当前PC加2个字节
例题：
5、判断立即数是否合法
如何判断立即数的合法性？
三、ARM指令集
1、汇编指令格式
2、寻址方式（精简版）
四、ARM 编程
分支、循环、子程序设计（大题）
牢记常用条件码
1、条件与分支
2、子程序设计
例题全部看一遍，考试就出例题改参数 ：
答案：
看懂每个操作符的意义，先分解，再翻译。
五、C语言与汇编语言混编
考察：嵌入式C语言与C语言编程的不同（六点），使用文字及代码解释
速记：
(a) 数据类型尽量考虑整型；
(b) 计算符号多使用加减，少使用乘法，不使用除法。尽量采用移位运算代替乘法和除法；
(c) 变量尽量用局部变量，少使用全局变量；
(d) 子程序嵌套越少越好；
(e) 循环体多用do-while，少用for、while等结构；
(f) 子程序参数个数受限制（根据混合编程规范，不多于四个参数）。
解释：
（a）其余类型会增加代码尺寸，产生额外开销（写上int和short例子）
（b） 指令集一般不支持除法，或者没有专门指令或者乘法器，乘除法会进一步转换，增加性能开销，且移位运算比乘除法运算要快
（c）全局变量会单独申请一个地址存放数据，访问变量使用间接寻址效率低且翻译出来的指令会变多；局部变量则存放在函数堆栈中，使用SP指针+偏移量访问，效率更高
（d）调用子程序会开辟堆栈空间，嵌套层次越多堆栈空间越大
（e）while和for循环需要两个空间存放判断和循环子程序的入口地址，而do-while循环只需要一个空间存放循环/退出子程序的地址，后者开销更小
（f） 用于传递参数的寄存器数量有限，可使用R0-R3四个寄存器传递参数，更多参数则需要使用堆栈传递会增加函数调用开销
六、STM32输入输出
出两个大题考察：八种GPIO工作模式和GPIO应用：控制点亮LED灯（库函数/寄存器版）
1、GPIO工作模式
四种输入（从外部IO端口进来）：
模拟输入：用于外部模拟新号输入
浮空输入：用于不确定的电平新号输入
上拉输入：上拉至高电平输入
下拉输入：下拉至低电平输入
四种输出（从片上外设模块出去再等待返回数据输入）：
开漏输出：无法真正输出高电平，即高电平时没有驱动能力，需要借助外部上拉电阻完成对外驱动
开漏复用输出：可开漏亦可切换为输入模式或者其他功能
推挽(wan)式输出：可以真正能真正的输出高电平和低电平，在两种电平下都具有驱动能力
推挽复用式输出：可推挽亦可切换为输入模式或者其他功能
背图，考试画图。
补充记忆（方便记忆并不代表实际本意）：
开漏输出的漏指的是MOS管的漏级
P-MOS代表Positive管，是积极的管，输出高电平
N-MOS代表Negative管，是消极的管，输出低电平
开漏输出不能输出高电平，所以没有P-MOS积极的管
推挽输出高低电平都可以输出，所以两个管都有
2、GPIO应用：点亮LED灯或者跑马灯
题干给出头文件、常用固件库函数及枚举对象，让你写出代码
其实就是一个套路：
设置系统时钟、配置IO引脚、初始化配置、IO赋值（使能高低电平）
跑马灯加个while循环和delay_ms就好了，剩下的抄题干代码即可
① 库函数版：点亮LED灯
② 库函数版：LED 跑马灯
③ 寄存器版： LED 跑马灯
补充：
注意题干给出的硬件连接图，LED必须保证电平一高一低才能亮，不要死背，灵活运用
此时IO端口PC0置低电平LED灯亮
若3V3部分变成接地
（接地代表电流流向大地，则为低电平）
那么IO端口PC0则需要置高电平LED灯才能亮
SetBits为置高电平，ResetBits为置低电平
寄存器版中 （|=）为置高电平，（&=~）为置低电平
七、异常中断及编程
七种异常模式概念考其中一种，解释含义
1、异常和中断含义
2、中断类型
八、总结
大题题型（分值在60-80分）：
分支、循环、子程序汇编程序设计（20分）：
① 给出C代码或者需求写出汇编代码
② 给出汇编指令让对应C代码进行解释
嵌入式C语言与C语言编程的不同（文字结合必要代码解释）
GPIO八种工作模式选一种结合图示说明（需要画图并解释流程）
GPIO应用——LED灯（库函数版或者寄存器版）
七种异常模式选一种进行解释说明
小题题型：前两章
多寄存器寻址不考