嵌入式系统学习

        嵌入式系统即嵌入式计算机系统，被广泛应用在的微控制器领域（如工业控制、汽车电子、数据采集、测控系统、家用电器、现代农业等）和应用处理器领域（如平板电脑、手机、电子图书等），需要开发人员同时具有硬件、软件及行业领域相关知识。相较于其他编程语言或软件的学习，嵌入式的入门会更难得多，需要对开发的硬件和适配的操作系统有一定的知识储备，并且不同主机的硬件水平也不同，很难做到完美复刻。

        嵌入式系统现在依然是一个主流技术，许多岗位对此仍有极大的需求，因此早日掌握嵌入式系统相关技术是非常有必要的。参考的教材是由苏州大学王宜怀教授主编的《嵌入式技术基础与实践（第6版）—基于STM32L431微控制器》（清华大学出版社），因其配备有AHL-STM32L431微控制器和相关电子资源，对小白入门极其友好。学习笔记将以理论学习为主线配套上机为支线，有相同学习计划的伙伴可以一起加入学习讨论！

（建议大家有条件的话购买配有微处理器的正版书籍，二手书和复印版基本没有微处理器，有微处理器才能完成本笔记的所有步骤！！！）

下面的任务是邀请你和我一起实现的，加油吧！（如果实在没时间或者太懒，可以直接翻到对应目录参考）

①整理归纳嵌入式系统常用术语（包括中文名、英文缩写、英文全称），把它列成一个表格；

        这项任务只需要你打开一个能做表格的软件/网站，参照目录三完成任务。笔记将原文对常用术语的介绍与说明进行了摘录，方便学习时理解术语的意思，结合表格记忆。

②编译、下载与运行书中p4、5所示的第一个嵌入式程序。

        这项任务需要你装上AHL-STM32L431微处理器相应的环境AHL-GEC-IDE，下载好配套的电子资源（含有第一个嵌入式程序的代码），跟着目录四的步骤完成任务。环境安装地址和电子资源下载地址如下，快去下载吧！

AHL-GEC-IDE集成开发环境：http://116.62.63.164:45688/AHL-GEC-IDE(4.55).rar

配套电子资源：http://116.62.63.164:45688/AHL-MCU6-V2.0-20240118.rar

1.封装

集成电路的封装是指用塑料、金属或陶瓷等材料把集成电路封在其中以保护芯片，使芯片与外部世界连接。

常用的封装（Package）形式可分为通孔封装和贴片封装两大类。

通孔封装主要有：单列直插（Single-in-line Package, SIP）、双列直插（Dual-in-line Package, DIP）、Z字型直插式封装（Zigzag-in-line Package, ZIP）等。

贴片封装主要有：小外形封装（Small Outline Package, SOP）、紧缩小外形封装（Shrink Small Outline Package, SSOP）、四方扁平封装（Quad-Flat Package, QFP）、塑料薄方封装（Plastic-Low-profile Quad-Flat Package, LQFP）、塑料扁平组件式封装（Plastic Flat Package, PFP）、插针网络阵列封装（Ceramic Pin Grid Array Package, PGA）、球栅阵列封装（Ball Grid Array Package, BGA）等。

2.印制电路板

印制电路板（Printed Circuit Board, PCB）是组装电子元件用的基板，是电路原理图的实例化。

PCB的主要功能是：

①提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑；

②实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接（信号传输）或电绝缘；

③为自动装配提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图像等。

3.动态/静态可读写随机存储器

动态可读写随机存储器（Dynamic Random Access Memory, DRAM），由一个 MOS 管组成一个二进制存储位。MOS管的放电导致表示“1”的电压会慢慢降低。一般每隔一段时间就要控制刷新消息，给其充电。DRAM价格低，但控制繁琐，接口复杂。

静态可读写随机存储器（Static Random Access Memory, SRAM），一般由4个或者6个MOS管构成一个二进制位。当电源有电时，SRAM不用刷新，可以保持原有的数据。

4.只读存储器

只读存储器：数据可以读出,但不可以修改，通常存储一些固定不变的信息，如常数、数据、换码表、程序等。

ROM有固定ROM、可编程ROM（即PROM）和可除ROM（即EPROM）3种。

可编程ROM的编程原理：通过大电流将相应位的熔丝熔断，从而将该位改写成0，熔丝熔断后不能再次改变，所以只能改写一次。

EPROM（Erase PROM）：是可以擦除和改写的ROM，用MOS管代替了熔丝，因此可以反复擦除、多次改写。擦除是用紫外线擦除器来完成的，很不方便。

PROM或EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）：是用低电压信号来完成擦除，比EPROM更有效率。

5.闪速存储器

闪速存储器：简称闪存,是一种新型快速的EEPROM。由于工艺和结构上的改进，闪存比普通的PROM的擦除速度更快，集成度更高。其最大的优点是系统内编程，即不需要另外的器件来修改内容，擦写操作必须通过特定的程序算法来实现。尽管闪存是系统内编程的，但仍然没有RAM使用起来方便。

6.模拟量与开关量

模拟量：指时间连续、数值也连续的物理量，如温度、压力、流量、速度、声音等。

开关量：指一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑 0）。

1.并行通信

并行通信：指数据的各位同时在多根并行数据线上进行传输的通信方式，数据的各位同时由源到达目的地；适合近距离、高速通信；常用的有4位、8位、16 位、32 位等同时传输。

2.串行通信

串行通信：指数据在单线(电平高低表征信号)或双线(差分信号)上，按时间先后一位一位地传送，其优点是节省传输线，但相对于并行通信来说，速度较慢。

3.串行外设接口

串行外设接口：是一种串行通信方式，主要用于MCU扩展外围芯片。

4.集成电路互联总线

集成电路互联（I2C）总线：是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，主要用于用户电

路板内MCU与其外围电路的连接。

5.通用串行总线

通用串行总线（Universal Serial Bus, USB）：是MCU与外界进行数据通信的一种新方式，其速度快、抗干扰能力强，在嵌入式系统中得到了广泛的应用。

6.控制器局域网

控制器局域网：是一种全数字、全开放的现场总线控制网络，目前在汽车电子中应用最广。

7.边界扫描测试协议

边界扫描测试（Joint Test Action Group, JTAG）协议：由国际联合测试行动组开发，对芯片进行测试的一种方式，可用于对MCU的程序进行载入和调试。JTAG能获取芯片寄存器等内容，或者测试遵守IEEE规范的器件之间引脚的连接情况。

8.串行线调试技术

串行线调试（Serial Wire Debug, SWD）技术：使用2针调试端口，是JTAG的低针数和高性能替代产品，通常用于小封装微控制器的程序写入与调试。SWD适用于所有ARM架构的处理器，兼容JTAG。

1.通用输入输出

通用输入输出（General Purpose I/O, GPIO）：即基本的输入输出，有时也称并行 I/O。

作为通用输入引脚时：MCU内部程序读取该引脚，知道该引脚是“1”（高电平）或“0”（低电平），即开关量输入。

作为通用输出引脚时：MCU内部程序向该引脚输出“1”（高电平）或“0”（低电平），即开关量输出。

2.模数转换和数模转换

模数转换（Analog to Digital Convert, ADC）的功能是将电压信号（模拟量）转换为对应的数字量，经过ADC，MCU就可以处理这些模拟量（即实际应用的物理量）。

与之相反，数模转换（Digital to Analog Convert, DAC）的功能则是将数字量转换为电压信号（模拟量）。

3.脉冲宽度调制器

脉冲宽度调制器（Pulse Width Modulator, PWM）：是一个数模转换器，可以产生一个高电平和低电平之间重复交替的输出信号，这个信号就是PWM信号。

4.看门狗

看门狗（Watch Dog）：一个为了防止程序跑飞而设计的一种自动定时器。当程序跑飞时，由于无法正常执行清除看门狗定时器，看门狗定时器会自动溢出，使系统程序复位。

5.液晶显示

液晶显示：电子信息产品的一种显示器件，可分为字段型、点阵字符型、点阵图形型三类。

6.发光二极管

发光二极管（Light Emitting Diode, LED）：是一种将电流顺向通到半导体 PN （Positive/Negative）结处而发光的器件。常用于家电指示灯、汽车灯和交通警示灯。

7.键盘

键盘：嵌入式系统中最常见的输入设备。识别键盘是否有效被按下的方法有查询法、定时扫描法和中断法等。

        恭喜你完成上面的部分！（或者没完成/没做过，都恭喜你来到了这项任务）

        集成开发环境配置好了吗？如果没有，也不麻烦你再划上去找了，给你准备在下面了（基本无脑下一步就行）。以下内容需安装好开发环境后食用。

AHL-GEC-IDE集成开发环境：http://116.62.63.164:45688/AHL-GEC-IDE(4.55).rar

配套电子资源：http://116.62.63.164:45688/AHL-MCU6-V2.0-20240118.rar

安装好的集成开发环境like this：

步骤1：硬件接线。将Type-C数据线与主板上的接口相连，另一端连接计算机的USB接口。

步骤2：打开环境，导入工程。

单击菜单“文件”->“导入工程”，选择电子资源中的“..\04-Software\CH01\AHL-STM32L431-Test”（后缀不重要）。

载入作者提供的工程文件夹，内容如下（以后需要做的内容大概就是这样的样式吧..），左侧是工程树形目录，右侧是文件内容编辑区。

步骤3：编译过程。

单击菜单“编译”->“编译工程”，一般情况下，会在“编译输出”处显示“编译成功！”。

步骤4：连接GEC。

单击菜单“下载”->“串口更新”，开启了新的窗口“更新窗体”，随后单击“连接GEC”查找目标GEC。

一般情况下是会卡住的（比如我..），可能是蓝牙的原因。卡住以后关不掉的话，打开资源管理器结束进程即可。有两种解决办法：①关闭所有程序，重启电脑，打开开发环境，重做前3个步骤；②结束开发环境的进程，关闭蓝牙，重新打开开发环境，重做前3个步骤。

阻塞后将一直卡在这个界面，参照上文的解决方案解决。

顺利的话，会进入下面的状态，实时传输主板的信息到计算机。

步骤5：下载机器码。

单击“选择文件”按钮，选择编译工程目录下的“Debug”文件夹中的“hex”文件导入（步骤3编译成功才有的），然后单击“一键自动更新”按钮，显示“程序整体更新成功！”即更新完成。

步骤6：观察运行结果。

更新完成后，程序将按照下图的顺序自动执行，以一定的间隔发出对应的光。

这一步的观察是肉眼观察。

步骤7：通过串口观察运行情况。

①观察运行过程，单击菜单“工具”->“串口工具”，选择其中一个串口（一般是两个，一个能显示三色灯的状态，一个能接收和发送数据，不清楚是哪个换着选就好了），波特率设为115200并单击“打开串口”。

②验证串口收发。关闭已经打开的串口，打开另一个串口，在“发送数据框”中输入字符串（自行决定）。正常情况下，主板会回传数据给PC，并显示在接收框。

本周的学习任务就是这样了，如内容不正确或有疑问欢迎评论区留言讨论，我们下周再见！（如有侵权，请联系作者删除）