期末复习知识点总纲

📌使用说明

本页是期末复习总纲，按课程章节组织。复习策略：

1CH1 嵌入式系统概述 → 讲义

核心重点

• 嵌入式系统定义【填空】⭐：以应用为中心、计算机技术为基础，软硬件可裁剪的专用计算机系统。
• MCU vs MPU【选择】⭐：MCU(微控制器)=CPU+存储+外设集成在单芯片，强调控制；MPU(微处理器)=仅CPU，需外接存储/外设，强调计算。
• ARM/DSP/FPGA【简答】：ARM=通用嵌入式处理器；DSP=数字信号处理器(乘累加MAC)；FPGA=可编程硬件逻辑。
• 硬实时 vs 软实时【选择】⭐：硬实时=超时即灾难(汽车ABS)；软实时=超时可容忍(视频播放)。
• 交叉编译【填空】：在宿主机(Host)上编译，在目标机(Target)上运行。宿主机和目标机体系结构不同。
• 哈佛 vs 冯诺依曼【选择】：哈佛结构=程序存储与数据存储分离，可同时取指和取数(Cortex-M3)；冯诺依曼=指令数据共享总线。

2CH2 ARM Cortex-M3 与 STM32 ⭐ → 讲义

核心重点

• RISC vs CISC【选择】⭐：RISC=精简指令集(ARM)，等长指令、流水线友好、寄存器多；CISC=复杂指令集(x86)，变长指令、微码实现。
• 三级流水线【填空】⭐：取指(Fetch) → 译码(Decode) → 执行(Execute)。PC = 当前执行指令地址 + 4(Thumb) / +8(ARM)。
• Cortex-M3特点【简答】：32位ARMv7-M架构；只支持Thumb-2指令集；内置NVIC；支持位带(Bit-Band)操作；哈佛结构。
• STM32F103时钟【填空】⭐：HSE外部高速晶振8MHz → 经PLL 9倍频 → SYSCLK=72MHz；AHB=72MHz；APB2=72MHz；APB1=36MHz(最大)。
• 总线架构【选择】：AHB=高性能总线(DMA/Flash/SRAM)；APB2=高速外设(GPIO/USART1/SPI1/TIM1)；APB1=低速外设(USART2-5/SPI2-3/TIM2-7/I2C/CAN)。
• 位带操作【填空】：将外设/SRAM区的每个位映射为位带别名区的一个字(32位)，实现原子性位操作。

3CH3 STM32 与开发环境 → 讲义

核心重点

• STM32命名【填空】⭐：STM32 F(通用) 103(增强型) C(48脚) 8(64K Flash) T(LQFP) 6(工业级-40~85°C)。
• 三种开发方式【选择】⭐：① 寄存器=直接操作，效率最高但难维护；② 标准外设库(SPL)=ST官方封装函数；③ HAL库=硬件抽象层+CubeMX代码生成。
• CMSIS【填空】：Cortex微控制器软件接口标准(ARM制定)，统一了Cortex-M系列的软件接口。
• 标准库关键文件【选择】：stm32f10x.h=寄存器地址映射；system_stm32f10x.c=时钟配置(SystemInit)；startup_stm32f10x_md.s=启动文件(中断向量表+Reset_Handler)。
• HAL库特点【简答】：基于回调机制(Callback)；结合CubeMX图形化配置；可移植性强；Handle句柄管理外设。

4CH4 最小系统与嵌入式C ⭐ → 讲义

核心重点

• 最小系统四要素【填空】⭐：电源(3.3V/VDD/VSS/VDDA) + 时钟(HSE 8MHz/LSE 32.768kHz) + 复位(NRST低有效) + 调试(SWD/JTAG)。
• BOOT启动模式【选择/填空】⭐：

  BOOT1	BOOT0	启动区域
  x	0	主闪存(Flash) ← 正常运行
  0	1	系统存储器(ISP下载)
  1	1	内置SRAM(调试)

• volatile关键字【简答】⭐：告诉编译器该变量可能被外部(中断/硬件)修改，禁止优化，每次必须从内存重新读取。
• static关键字【选择】：局部变量前=延长生命周期(仅初始化一次)；全局变量/函数前=限制作用域为本文件。
• extern关键字【填空】：声明变量/函数在其他文件中定义，用于跨文件访问。
• const关键字【选择】：修饰变量为只读，存储在Flash(ROM)中，节省RAM。
• 指针操作寄存器【填空】⭐：*(volatile unsigned int*)0x40010C0C = 0xFF; 直接操作地址 0x40010C0C 的寄存器。

5CH5 通用输入输出 GPIO ⭐ → 讲义

核心重点

• GPIO 8种工作模式【填空/选择】⭐：
  输入4种：浮空输入(GPIO_Mode_IN_FLOATING)、上拉输入(GPIO_Mode_IPU)、下拉输入(GPIO_Mode_IPD)、模拟输入(GPIO_Mode_AIN → ADC使用)。
  输出4种：推挽输出(GPIO_Mode_Out_PP)、开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD)、复用推挽(GPIO_Mode_AF_PP)、复用开漏(GPIO_Mode_AF_OD)。
• 推挽 vs 开漏【简答】⭐：

  特性	推挽	开漏
  驱动	能输出高和低	只能拉低，高需外接上拉
  驱动能力	强(25mA)	弱(需外接上拉)
  典型应用	LED驱动/通用输出	I2C总线/电平转换

• 关键寄存器【填空】⭐：CRL/CRH=配置模式和速度；IDR=输入数据(只读)；ODR=输出数据(读写)；BSRR=位设置/复位(原子操作)。
• RCC时钟使能【填空】⭐：使用GPIO前必须先使能对应APB2时钟：RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
• GPIO速度【选择】：2MHz(低速)、10MHz(中速)、50MHz(高速)。速度越高EMI越大。
• 标准库初始化流程【简答】⭐：① 使能时钟(RCC) → ② 定义GPIO_InitTypeDef结构体 → ③ 配置引脚/模式/速度 → ④ 调用GPIO_Init()。

6CH6 中断 ⭐ → 讲义

核心重点

• NVIC优先级【填空/选择】⭐：STM32使用4位优先级(0-15)，分为抢占优先级(可嵌套)和响应优先级(同抢占时先响应)。数值越小优先级越高。
• 优先级分组【选择】⭐：

  分组	抢占位:响应位	说明
  Group 0	0:4	无抢占，16级响应
  Group 2	2:2	4级抢占，4级响应(常用)
  Group 4	4:0	16级抢占，无响应

• EXTI外部中断【简答】⭐：支持16条外部中断线(EXTI0~15)，每条对应PA~PG同一编号引脚(通过AFIO选择)。触发方式：上升沿/下降沿/双边沿。
• EXTI与NVIC关系【选择】：EXTI0~4各有独立中断通道；EXTI5~9共享一个；EXTI10~15共享一个。
• 中断服务函数【填空】⭐：函数名必须与启动文件中中断向量表一致(如EXTI0_IRQHandler)；函数内必须清除中断标志，否则重复进入中断。
• 中断配置流程(标准库)【简答】⭐：① 使能AFIO时钟 → ② GPIO配置为输入 → ③ AFIO映射到EXTI线 → ④ 配置EXTI(触发方式) → ⑤ 配置NVIC(优先级) → ⑥ 编写ISR并清除标志。

7CH7 串口通信 UART ⭐ → 讲义

核心重点

• USART vs UART【选择】：USART=通用同步/异步收发器(支持同步+异步)；UART=仅异步。STM32有USART1(APB2)、USART2/3(APB1)。
• 帧格式【填空】⭐：1位起始位(低) + 8/9位数据位 + 可选校验位(奇/偶) + 1/1.5/2位停止位(高)。空闲状态为高电平。
• 波特率计算【填空】⭐：USART1挂在APB2(72MHz)上：波特率 = fCLK / (16 × USARTDIV)。如USARTDIV=39.0625 → 波特率=72M/(16×39.0625)=115200。
• 三种收发方式对比【选择】⭐：

  方式	特点	CPU占用
  查询(轮询)	死等标志位	最高(阻塞)
  中断	有数据时触发	中等
  DMA	硬件搬运	最低

• 关键标志位【填空】：TXE=发送数据寄存器空(可写入)；TC=发送完成；RXNE=接收数据寄存器非空(可读取)。
• printf重定向【简答】⭐：重写fputc()函数，将字符发送到USART，即可使用printf通过串口输出。需开启MicroLIB。

8CH8 直接存储器访问 DMA → 讲义

核心重点

• DMA原理【简答】⭐：无需CPU参与，在外设与存储器或存储器之间直接传输数据，大幅降低CPU负荷。
• STM32F103 DMA资源【填空】：DMA1=7个通道；DMA2=5个通道。每个通道对应固定外设请求(如DMA1_CH4=USART1_TX)。
• 三种传输方向【选择】：① 外设→存储器(ADC采集)；② 存储器→外设(串口发送)；③ 存储器→存储器(数据复制，仅DMA2支持或M2M模式)。
• Normal vs Circular【选择】⭐：

  模式	行为	典型应用
  Normal	传完停止，计数器归0	一次性发送
  Circular	传完自动重载，循环传输	ADC连续采集

• DMA优先级【选择】：软件优先级4级(Very High/High/Medium/Low)；软件相同时按通道编号越小优先级越高。
• DMA配置要素【填空】：源地址、目标地址、传输方向、数据宽度(Byte/HalfWord/Word)、传输数量、模式(Normal/Circular)、优先级。

9CH9 定时器 Timer ⭐ → 讲义

核心重点

• 定时器分类【选择】⭐：

  类型	编号	功能
  高级	TIM1/TIM8	PWM+互补输出+死区+刹车
  通用	TIM2~TIM5	定时+PWM+输入捕获+编码器
  基本	TIM6/TIM7	仅定时(触发DAC)

• 定时公式【填空】⭐⭐：T = (ARR+1) × (PSC+1) / F_CLK。例：F_CLK=72MHz，PSC=7199，ARR=9999 → T=(10000×7200)/72000000 = 1秒。
• 计数模式【选择】：向上计数(0→ARR，最常用)；向下计数(ARR→0)；中央对齐(0→ARR→0，生成对称PWM)。
• PWM生成【填空】⭐：频率=F_CLK/[(ARR+1)×(PSC+1)]；占空比=CCR/(ARR+1)×100%。
  PWM模式1：CNT < CCR时输出有效；PWM模式2：CNT < CCR时输出无效。
• 输入捕获【简答】⭐：捕获外部信号的跳变沿时刻，锁存计数器值到CCR。可测量脉冲宽度、频率、占空比。
• 关键寄存器【填空】：PSC=预分频器；ARR=自动重装载值(溢出周期)；CNT=当前计数值；CCR=捕获/比较值(PWM阈值)。

10CH10 模数转换器 ADC ⭐ → 讲义

核心重点

• ADC基本参数【填空】⭐：STM32F103 ADC为12位逐次逼近型(SAR)，分辨率4096级(0~4095)，最快转换时间1μs(ADC时钟14MHz时)。
• 转换公式【填空】⭐⭐：数字值 = V_in / V_ref × 4095；反推电压：V_in = 数字值 / 4095 × V_ref。V_ref一般=3.3V。
• 规则通道 vs 注入通道【选择】⭐：规则通道=正常转换序列(最多16个)，转换结果存DR(1个，需DMA)；注入通道=高优先级(最多4个)，各有独立数据寄存器，可打断规则转换。
• 转换模式【选择】⭐：

  模式	说明
  单次	转换一次后停止
  连续	自动重复转换
  扫描	按序列依次转换多个通道
  连续+扫描	循环扫描所有通道(常用)

• ADC时钟【填空】：ADC时钟由APB2经预分频得到(2/4/6/8分频)，最大不超过14MHz。72MHz/6=12MHz(常用)。
• ADC校准【填空】：每次上电后需执行校准(Calibration)，消除电容组失配误差。标准库：ADC_ResetCalibration → ADC_StartCalibration。
• 多通道采集【简答】⭐：多通道用扫描模式+DMA，规则通道只有1个DR寄存器，不用DMA会覆盖。

11CH11 从模块到项目 → 讲义

核心重点

• 模块化设计原则【简答】：高内聚低耦合；.h文件放声明(函数原型/宏/类型)，.c文件放实现；每个外设模块独立(.h+.c)。
• 头文件防重复包含【填空】⭐：#ifndef __MODULE_H / #define __MODULE_H / ... / #endif（条件编译守卫）。
• 分层架构【简答】：硬件层(寄存器) → 驱动层(BSP封装GPIO/UART等) → 中间层(协议/算法) → 应用层(业务逻辑/main)。
• 全局变量管理【简答】：尽量少用全局变量；必须用时在.c文件中定义，在.h文件中用extern声明。
• 调试技巧【选择】：串口调试(printf输出)；LED指示(快速判断执行位置)；断点调试(Keil仿真)；逻辑分析仪(时序分析)。

12CH12 嵌入式操作系统 FreeRTOS ⭐ → 讲义

核心重点

• RTOS vs 裸机【简答】⭐：裸机=前后台系统(main循环+中断)，无法多任务并发；RTOS=抢占式多任务调度，响应实时性更好。
• FreeRTOS优先级【填空】⭐⭐：数值越大优先级越高(与NVIC正好相反！)。0=空闲任务(最低)，configMAX_PRIORITIES-1=最高。
• 任务四种状态【选择】⭐：就绪(Ready)=等待调度；运行(Running)=正在执行；阻塞(Blocked)=等待事件/延时；挂起(Suspended)=被vTaskSuspend暂停。
• 任务创建【填空】：xTaskCreate(函数指针, 名字, 堆栈大小, 参数, 优先级, 句柄)；之后调用vTaskStartScheduler()启动调度器。
• 任务间通信【选择】⭐：

  机制	用途
  队列(Queue)	传递数据(FIFO)
  信号量(Semaphore)	同步/资源计数
  互斥量(Mutex)	互斥访问(支持优先级继承)
  事件组(EventGroup)	多事件同步
  任务通知(Notification)	轻量级(无需创建对象)

• 优先级反转与继承【简答】⭐⭐：优先级反转=高优先级任务被低优先级间接阻塞(中优先级抢占了持锁的低优先级)。解决：使用Mutex互斥量，支持优先级继承(临时提升持锁任务优先级)。
• vTaskDelay vs vTaskDelayUntil【选择】：vTaskDelay=相对延时(从调用时刻起)；vTaskDelayUntil=绝对延时(精确周期，不受执行时间影响)。
• 临界区【填空】：进入临界区taskENTER_CRITICAL()，退出taskEXIT_CRITICAL()，期间禁止任务调度和中断。

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