怎么學習嵌入式和單片機(stm32)
時間：2021-06-03 來源：深圳(zhen)中心
一、嵌入式簡述
1、從硬(ying)件上，“嵌(qian)入(ru)”將基于(yu)(yu)CPU的(de)(de)(de)處(chu)圍器(qi)(qi)(qi)件，整合到CPU芯(xin)(xin)片(pian)內(nei)(nei)部，比如早(zao)期基于(yu)(yu)X86體(ti)系(xi)結(jie)構下的(de)(de)(de)計算機(ji)(ji)，CPU只是(shi)(shi)有運算器(qi)(qi)(qi)和累加器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)功能(neng)(neng)，一切芯(xin)(xin)片(pian)要(yao)造外部橋路來擴展實現，象串(chuan)口之類(lei)(lei)的(de)(de)(de)都(dou)是(shi)(shi)靠外部的(de)(de)(de)16C550/2的(de)(de)(de)串(chuan)口控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)芯(xin)(xin)片(pian)實現，而目前(qian)的(de)(de)(de)這種串(chuan)口控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)芯(xin)(xin)片(pian)早(zao)已(yi)集成(cheng)到CPU內(nei)(nei)部，還(huan)有PC機(ji)(ji)有顯卡(ka)，而多(duo)數嵌(qian)入(ru)式處(chu)理器(qi)(qi)(qi)都(dou)帶有LCD控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)，但其種意義上就相當于(yu)(yu)顯卡(ka)。比較高端的(de)(de)(de)ARM類(lei)(lei)Intel Xscale架構下的(de)(de)(de)IXP網(wang)絡(luo)(luo)處(chu)理器(qi)(qi)(qi)CPU內(nei)(nei)部集成(cheng)PCI控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)(可(ke)配成(cheng)支(zhi)持4個(ge)(ge)PCI從設(she)備或配成(cheng)自身為(wei)CPI從設(she)備);還(huan)集成(cheng)3個(ge)(ge)NPE網(wang)絡(luo)(luo)處(chu)理器(qi)(qi)(qi)引(yin)擎，其中兩(liang)個(ge)(ge)對應于(yu)(yu)兩(liang)個(ge)(ge)MAC地址， 可(ke)用于(yu)(yu)網(wang)關交換用，而另外一個(ge)(ge)NPE網(wang)絡(luo)(luo)處(chu)理器(qi)(qi)(qi)引(yin)擎支(zhi)持DSL，只要(yao)外面再加個(ge)(ge)PHY芯(xin)(xin)片(pian)即可(ke)以實現DSL上網(wang)功能(neng)(neng)。IXP系(xi)列最高主(zhu)頻可(ke)以達到 1.8G，支(zhi)持2G內(nei)(nei)存，1G×10或10G×1的(de)(de)(de)以太(tai)網(wang)口或Febre channel的(de)(de)(de)光通道。IXP系(xi)列應該是(shi)(shi)目標基于(yu)(yu)ARM體(ti)系(xi)統結(jie)構下由intel進行(xing)整合后成(cheng)Xscale內(nei)(nei)核的(de)(de)(de)最高的(de)(de)(de)處(chu)理器(qi)(qi)(qi)了(le)。
2、從軟件上前(qian)，嵌(qian)入(ru)就(jiu)是在(zai)定制(zhi)操作系(xi)統內核里(li)將(jiang)應(ying)用(yong)一并選(xuan)入(ru)，編譯后(hou)將(jiang)內核下載到ROM中(zhong)(zhong)。而在(zai)定制(zhi)操作系(xi)統內核時(shi)所選(xuan)擇(ze)的應(ying)用(yong)程序組 件就(jiu)是完成了(le)軟件的“嵌(qian)入(ru)”，比如Win在(zai)內核定制(zhi)時(shi)，會有相(xiang)應(ying)選(xuan)擇(ze)，其(qi)中(zhong)(zhong)就(jiu)是wordpad,PDF,MediaPlay等等選(xuan)擇(ze)，如果我(wo)們選(xuan)擇(ze) 了(le)，在(zai)CE啟(qi)動后(hou)，就(jiu)可以在(zai)界面(mian)中(zhong)(zhong)找到這些(xie)東西，如果是以前(qian)PC上將(jiang)的windows操作系(xi)統，多半的東西都需要(yao)我(wo)們得(de)新再裝(zhuang)。
3、把軟件內核或應用文件系(xi)(xi)統(tong)等(deng)東西燒(shao)到嵌入(ru)式系(xi)(xi)統(tong)硬件平臺中(zhong)(zhong)的ROM中(zhong)(zhong)就(jiu)實現了一(yi)個真(zhen)正的“嵌入(ru)”。
二、如何學習嵌入式系統
嵌入(ru)式(shi)系(xi)統(tong)分為4層，硬件層、驅動(dong)層、操作(zuo)系(xi)統(tong)層和(he)應用層
1、硬(ying)件層，是(shi)(shi)整個(ge)嵌入式系(xi)統的(de)根(gen)本(ben)，如果現在單(dan)片(pian)機及(ji)接口這塊很熟悉，并(bing)且能(neng)用(yong)C和匯(hui)編(bian)語(yu)言來編(bian)程的(de)話，從(cong)嵌入式系(xi)統的(de)硬(ying)件層走(zou)起來相(xiang)對(dui)容易，硬(ying)件層也是(shi)(shi)驅動層的(de)基(ji)礎，一(yi)個(ge)優秀的(de)驅動工程師是(shi)(shi)要能(neng)夠看懂硬(ying)件的(de)電路圖(tu)和自行完成CPLD的(de)邏輯設(she)計的(de)，同時還(huan)要對(dui)操(cao)作系(xi)統內(nei)核及(ji)其調度性相(xiang)當(dang)的(de)熟悉的(de)。但硬(ying)件平臺是(shi)(shi)基(ji)礎，增值還(huan)要靠軟(ruan)件。
硬件層比較適(shi)合于，電子、通信、自動(dong)化、機(ji)(ji)電一體、信息工程類專(zhuan)業的(de)人來(lai)搞(gao)，需要掌握(wo)的(de)專(zhuan)業基礎知識有，單片機(ji)(ji)原理(li)(li)及接(jie)(jie)口_技(ji)術(shu)(shu)、微(wei)機(ji)(ji)原理(li)(li)及接(jie)(jie)口_技(ji)術(shu)(shu)、C語(yu)言。
2、驅(qu)動(dong)層(ceng)，這部分(fen)比較難(nan)，驅(qu)動(dong)工(gong)程(cheng)師不(bu)僅要能看懂(dong)電路(lu)圖(tu)還(huan)要能對操作(zuo)系(xi)統(tong)內核(he)十分(fen)的(de)精通，以便其所寫(xie)的(de)驅(qu)動(dong)程(cheng)序(xu)在(zai)系(xi)統(tong)調(diao)用時，不(bu)會獨占操作(zuo)系(xi)統(tong)時間(jian)片，而導(dao)致其它任務不(bu)能動(dong)行，不(bu)懂(dong)操作(zuo)系(xi)統(tong)內核(he)架構和實時調(diao)度性，沒有(you)良好的(de)驅(qu)動(dong)編(bian)寫(xie)風格，按大多數書上所說添(tian)加的(de)驅(qu)動(dong)的(de)方式，很(hen)多人都能做到，想做個好的(de)驅(qu)動(dong)人員沒有(you)三、四年功底，操作(zuo)系(xi)統(tong)內核(he)不(bu)研究上幾編(bian)，不(bu)是太容(rong)易成(cheng)功的(de)，但其工(gong)資在(zai)嵌入式系(xi)統(tong)四層(ceng)中可 是最高的(de)。
嵌入(ru)式的(de)驅動(dong)層比較適合于電(dian)子、通信、自動(dong)化(hua)、機(ji)電(dian)一體(ti)、信息(xi)工程類專(zhuan)業尤(you)其是計算機(ji)偏體(ti)系(xi)結構(gou)類專(zhuan)業的(de)人來搞，除硬件層所具備的(de)基礎(chu)學科外，還要對數據結構(gou)與算法(fa)、操作(zuo)系(xi)統原(yuan)(yuan)理、編譯原(yuan)(yuan)理都要十分精通了解。
3、操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)系(xi)(xi)統層，對(dui)于操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)系(xi)(xi)統層目前(qian)可能(neng)只(zhi)能(neng)說(shuo)是簡單的(de)移植，而很少(shao)有人來(lai)(lai)自(zi)已寫操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)系(xi)(xi)統，或者寫出缺胳(ge)膊少(shao)腿的(de)操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)系(xi)(xi)統來(lai)(lai)，這部分工(gong)作(zuo)(zuo)大都由驅動(dong)工(gong)程師來(lai)(lai)完成。操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)系(xi)(xi)統是負責(ze)系(xi)(xi)統任務的(de)調試、磁盤(pan)和(he)文件(jian)的(de)管理，而嵌入(ru)式系(xi)(xi)統的(de)實時(shi)性(xing)十(shi)分重(zhong)要(yao)。據(ju)說(shuo)，XP操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)系(xi)(xi)統是微軟(ruan)投(tou)入(ru)300人用兩年時(shi)間(jian)才(cai)搞(gao)定的(de)，總(zong)時(shi)工(gong)時(shi)是600人年，中科(ke)院軟(ruan)件(jian)所自(zi)己的(de)女(nv)媧Hopen操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)系(xi)(xi)統估計也得花遇幾百人年才(cai)能(neng)搞(gao)定。因此這部分工(gong)作(zuo)(zuo)相對(dui)來(lai)(lai)講沒有太(tai)大意(yi)義。
4、應用層，相對來講(jiang)較為(wei)容(rong)易的(de)(de)，如(ru)(ru)果會在windows下如(ru)(ru)何進(jin)行(xing)編程(cheng)接口函數調用，到操作系(xi)(xi)統(tong)下只是(shi)(shi)編譯(yi)和開(kai)發(fa)環 境有(you)相應的(de)(de)變(bian)化而已(yi)。如(ru)(ru)果涉(she)及Jave方面的(de)(de)編程(cheng)也是(shi)(shi)如(ru)(ru)此(ci)(ci)的(de)(de)。嵌入(ru)(ru)式(shi)(shi)系(xi)(xi)統(tong)中涉(she)及算法的(de)(de)由專業算法的(de)(de)人來處理的(de)(de)，不必歸結到嵌入(ru)(ru)式(shi)(shi)系(xi)(xi)統(tong)范(fan)疇(chou)內。但(dan)如(ru)(ru)果涉(she)及嵌 入(ru)(ru)式(shi)(shi)系(xi)(xi)統(tong)下面嵌入(ru)(ru)式(shi)(shi)數據庫(ku)、基(ji)于(yu)嵌入(ru)(ru)式(shi)(shi)系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)網絡編程(cheng)和基(ji)于(yu)某此(ci)(ci)應用層面的(de)(de)協(xie)議應用開(kai)發(fa)(比如(ru)(ru)基(ji)于(yu)SIP、H.323、Astrisk)方面又較為(wei)復雜(za)， 并(bing)且(qie)有(you)難度了
三、STM32簡介
STM32F103器(qi)件采用Cortex-M3內核，CPU最(zui)高(gao)速(su)度(du)達72 MHz。該(gai)產品系列具有(you)16KB ~ 1MB Flash、多種控制外設、USB全速(su)接口和CAN。
ST在后(hou)續幾年陸(lu)續推出了Cortex-M0+、Cortex-M4內核(he)的芯片，并進(jin)行不斷優化。
按內核(he)架構分為不同產品，其中(zhong)STM32F1系列有(you)：
基本型(xing)：STM32F101R6、STM32F101C8、STM32F101R8、STM32F101V8、STM32F101RB、STM32F101VB
增強型：STM32F103C8、STM32F103R8、STM32F103V8、STM32F103RB、STM32F103VB、 STM32F103VE、STM32F103ZE
互聯型(xing)：STM32F105、STM32F107
四、STM32學習
學STM32嵌入式，從硬件上(shang)講(jiang)(jiang)，一(yi)方面就(jiu)是(shi)學習(xi)(xi)接口(kou)電路設計，另一(yi)方面就(jiu)是(shi)學習(xi)(xi)匯(hui)編(bian)和(he)C語言的板級(ji)編(bian)程(cheng)。如果(guo)從軟件上(shang)講(jiang)(jiang)，就(jiu)是(shi)要(yao)學習(xi)(xi)基于ARM處理器(qi)的操(cao)作(zuo)系(xi)統層(ceng)面的驅動、移植了。硬件的寄存(cun)器(qi)類的東(dong)西還是(shi)要(yao)能(neng)看懂的，掌握基于板級(ji)的匯(hui)編(bian)和(he)C編(bian)程(cheng)。
主要(yao)(yao)需要(yao)(yao)學習的有：
基(ji)礎操作：GPIO操作，串口(kou)操作，定時器操作，NVIC和中(zhong)斷(duan)，看(kan)門狗(gou)，DMA操作，ADC操作，SPI接(jie)口(kou)通(tong)信，IIC接(jie)口(kou)通(tong)信，CAN總線(xian)通(tong)信等。
進階(jie)操作：低功耗操作，STM32時(shi)(shi)鐘樹，STM32實(shi)現(xian)位帶特性，STM32啟動(dong)過程(cheng)詳細(xi)分析，環(huan)形緩沖(chong)期的實(shi)現(xian)，軟件定時(shi)(shi)器的設(she)計，IO口模擬IIC的實(shi)現(xian)。
綜(zong)合應(ying)用：STM32-IAP的實(shi)現，STM32-DAPLink的實(shi)現。
帶操作系(xi)統的(de)程(cheng)序學(xue)習與開發：可用操作系(xi)統分析(xi)，rt-thread系(xi)統移(yi)植與學(xue)習，FreeRTOS移(yi)植與學(xue)習。
