假如，我变成了单片机…
来源:嵌入式大杂烩发布时间:2022-10-17734浏览
询问 AI嗞~~~~~
一股温和的电流流进了我的身体，我从沉睡中醒来，感受着心脏稳定的跳动，我的大脑高速的运转着，我感觉到了他的运转速度，很快，非常快，一秒几十兆的运算速度，我感觉我无所不能。同时，我拥有了几十上百个手脚。我，是单片机？
渐渐地，我也发现了我的缺点，我好像脑容量比较小，感觉不能记得很多东西，我虽然思维活跃，但是好像能量很小，我的能量全来自于唤醒我的那股温和的电流，他虽然稳定，但是他所能够提供的能量很少，我可以灵活地抬放我的手脚，但是它们好像并不能拎起多大多大物体，我好像一无是处。
单片机又称微控制器，是把中央处理器（大脑）、存储器（脑缘系统）、时钟（心脏）、各种输入输出接口（手脚口）等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。一般单片机的内存较小，输入电压较低，通常为3.3v-5v。运行速度（主频）在几十兆赫兹到几百兆赫兹不等。
▲STM32F103xx增强型模块框图随着环境的变化，我突然觉得胸口发蒙，温度太高或者太低都让我的心跳异常，经常犯错。但是我却无可奈何，此时我听到了一个声音：你名为单片机，乃是科技的结晶，虽然你现在像个小丑，但是你可以去闯副本，解锁新的皮肤，新的地图。于是我便沉沉睡去。
当我再起醒来，我感觉背上剧痛，什么！有人在给我纹身，难道是“精忠报国”？难道我将驰骋沙场，立不世之功！原来我的副本是为了保家卫国……
后来我才知道，背上纹的是STM32F103RB，这有个啥用啊，哎~
我没想到，这个皮肤有种魔力，让我解锁了新的地图——开发板。
在这个地图上，我拥有了另一颗心脏，一个我似乎可以使用外部的心脏，那家伙挺厉害，很多我适应不了的环境他都可以，不容易产生心跳紊乱，我只需要在我醒来时启动它便好，可好用了。
现在32位单片机内部都会集成一个晶振，即使不外挂晶振也可以正常工作，但是内部晶振收环境影响较为严重，在一些极端场合可能会造成较大的误差，所有一般应用都会外挂一个高精度晶振，可以使单片机更好的工作。
▲使用8MHz晶体的典型应用探索新地图：
我虽然拥有了强力的心脏，可是我啥也不会呀，我怕黑，想开灯，但是我却无从下手，我看得到地图上有个灯，我不知如何打开，直到我遇到了一个神奇的动物——程序猿。他有着人类一样的外边，但是怎么看怎么像牛，挺奇怪的。
那天，这个程序猿给了我一个开灯的说明书，这个说明书好复杂，让我做了好多事，最后让我用其中一个手拉一下开关就可以开灯，不明白为啥要这么麻烦。但是他有时候也给我很简单的说明书，里面只写了：伸手。然后灯就开了，好神奇。那之前为啥要给我那么复杂的说明书呢？
单片机本身不含任何功能，需要用户编写代码，编译成单片机熟悉的语言烧录进单片机才可实现功能。例如我们点灯，就让控制灯的引脚输出相应电平即可。
在ST的开发环境中，ST提供了多种开发方式：直接操作寄存器、标准库、HAL库、LL库。其中，寄存器的方式是最直接的方式，单片机的响应最快，代码执行效率最高，同时难度较高；LL库及其接近寄存器，效率次之；标准库对寄存器进行了封装，用户可以直接使用库函数实现功能，不能直面寄存器，是曾经最常用的方式；HAL库是开发最简单的方式，HAL库将寄存器和开发者隔离，开发难度特别小，但是也带来一个问题，就是执行效率相较于前几个更低。
当我会点灯之后，我发现自己的思维逻辑好像有问题，我总是一根筋，不会回头，做事只会按照一条线去做。好在程序猿给了我一份新的说明书，书中说道：苦海无涯，回头是岸。反正就是让我主线任务做完了再重新来过，还让我注意自己的手脚，他碰我不同的脚我得暂停主线去做支线任务。做完支线才能回来继续做主线任务。
说明书上还交代任务的紧急程度，碰我的1脚我得去做1号支线，如果没做完就碰我的2脚，那我得暂停1号支线去做2号支线的任务，等2号支线任务做完再回来做1号任务，直到两个任务都做完才能回去做主线任务
单片机就是一根筋，只会按照逻辑一直往下执行，当有紧急事件需要处理可借助单片机的中断系统来处理，单片机会暂停当前执行的任务，转向中断安排的任务，并在完成中断后返回之前跳转到节点。
▲中断嵌套及响应示意图如上图所示，当中断发生，单片机会将中断发生时刻的状态和参数保存进堆栈，通过中断向量的指引去完成中断的服务任务，执行完中断服务任务后会返回之前的被打断的指令，然后继续向下执行。当正在执行的中断函数遇到更高优先级的中断请求到来，当前的中断任务保存，跳转执行更高优先级的任务，当高优先级的任务执行完成再返回之前的次优先级任务继续执行，直至中断任务全部执行完成后返回主程序。
那天，我发现了另外一块单片机，好不容易见到同类，好想和它聊天。于是，我向他呼喊（UART），但是只能发出1和0，它无动于衷。随后，程序猿给我一本词典（协议），我按照词典的介绍开始发音，但是对方的语言能力可能不是很好，我说的快了它反应不过来，说的慢了它会漏掉我的话（波特率匹配）。在尝试许久后终于见它有反应了，我也收到了它的回复，它也只会说什么1啊，什么0啊之类的，我只能考词典进行翻译（转码），但是也只能它说一句我回一句，就像对讲机一样（异步串行通信），好在虽然比较麻烦，总算能聊上了。
随着时间的推移，我们之间的距离越来越远，说话都是断断续续的，即使我叫破了喉咙也不顶用（远距离通信），于是我俩想办法找到了扩音喇叭（RS485芯片），这玩意自带能量供给，不需要我们提供（单独供电），我只需要正常说话，他就会给我放大，即使隔得很远我们也能说话。但是不知怎么的，我们的距离越来越远，远到靠扩音喇叭都无法起作用，但是难不倒我们，我们又找来更先进的设备——无线通信模组，通过这类设备，我们可以实现天南地北通话无误。
在嵌入式开发中，UART串口通信协议是我们常用的通信协议之一，全称叫作通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver / Transmitter），是异步串口通信协议的一种，其工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输，它能将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换，能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换。UART的通信需要遵守通信协议，同时匹配波特率，才能进行正常的通信。可以将通信过程按下图想象：
▲正常通信UART发送数据就类似打开门放数据出去，波特率就是控制打开门的速度，当发送方按照一定的速率放出数据，接收方也按相同的速度开关自己的闸门，那数据就刚好可以一个个进来。如果接收方和发送方的波特率不一样，就可能出现数据当接收方门口的时候门关了，数据进不去，导致接收异常。
▲通信异常当通信双方距离较远，通信就会受阻，此时可采用485通信，485的出现，是为了解决232通信距离受限的问题。RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。
RS-485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mbps，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。
485通信只需要+、-两根线，或者也叫A、B两根线。A、B两根线的差分电平信号就是作为数据信号传输。由于发送与接收都是用这两根线，也就是说每次只能用作发送或者只能用作接收。所以，485是半双工通信。
▲RS-485通信但是这样说话好累啊，我想发出声音怎么办呢？这时我发现自己有一个手上拿着一个蜂鸣器（无源他激型），只要我拼命地摇动，他就会发出声音，我摇动的频率不同，发出的声音就不同，这样我就可以发出不同的声音了，我甚至还可以给自己来首曲子（方波信号输入谐振装置转换为声音信号输出）。就是比较累，我还得算着时间来摇动。
音乐都有了，我还要灯光，可是我手上的灯只能发出一种颜色，要么让他亮，要么要他灭，于是我找到了身上的定时器，我可以让它控制我的手去开关灯（PWM输出），在一定时间内多让灯多亮一会，再关掉，控制打开和关闭的时间灯光就会一会亮，一会暗，但是可能我动作得快点（频率大于人眼捕捉频率），不然会一闪一闪的，这好酷啊（动态更改PWM占空比）。
渐渐地，我觉得我还是养一条狗比较好，因为上次我做错事了，但是我钻牛角尖，不愿意放弃，一直死等（程序卡死），导致后面好多事都耽搁了，还导致自己差点出事。决定还是养个看门狗（就是看门狗），每隔一段时间就去喂狗，它不饿就不会叫，我要是钻牛角尖了，就会忘了喂狗，这样他就会叫，我听到狗叫就会反应过来的。
但是，有问题我也得解决不是，我可以把这件事记在身上的本子上（写FLASH），这样以后就能看看到底咋回事了。但是我的笔记本挺不好用的，每次都得把这一页擦掉才能写，而且最少得擦掉一页。但是还是很必要的，因为我每次昏睡后（掉电）都会丢失一些数据（掉电会丢失RAM数据），为了防止我忘记也可以写在上面。但是我的脑子可能真的有问题，每次再做笔记时总是会屏蔽其他的声音，谁都不能打扰我。
在由单片机构成的微型计算机系统中，由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成程序的跑飞，而陷入死循环，程序的正常运行被打断，由单片机控制的系统无法继续工作，会造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果，所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片，俗称“看门狗”（watchdog）。
看门狗的作用是系统CPU正常工作时定时给看门狗喂狗，复位定时器，如果系统出问题，没有给看门狗喂狗，看门狗就由于超时将CPU复位。一般工程都会使用两个看门狗，一个是独立看门狗，主要用于在代码跑飞之后复位使用，一个是窗口看门狗，主要用于在复位前对于一些重要数据进行保存。小数据量一般可以保存进单片机自己的FLASH中，下次上电还会存在。
注意：
1、每一款单片机的FLASH的大小不尽相同，在操作FLASH之前一定要根据手册确定手里的单片的FLASH的大小，超出FLASH容量的写操作是不被允许的，也无法成功完成数据写入。
2、计算好程序的内存，程序也是保存在FLASH中，如果没有计算好程序的大小，将写FLASH写入程序占用的内存中，会导致程序奔溃。
3、写数据之前必须先对页进行擦除，因为FLASH不能写1，只能写0，所以写之前要通过擦除操作将FLASH页中的数据全部恢复为FF，才能进行写操作，如果该FLASH中存在需要的数据，必须要先将数据读出来存在缓存区，再将页擦除，再进行写数据。
4、数据不超过一页，可连续写入。
5、注意FLASH的操作单位，每次最少写4个字节，可通过手册查询页的大小，因为一般采用的是整页的擦除和写入，不可随意擦写。
6、操作FLASH时会占用总线，会打断你的中断操作，且写FLASH时间一般较长，所以在操作FLASH时要保证单片机预留出足够的时间。
7、详情参见帖子：国民技术G435大容量FLASH让你储存离线数据不必节衣缩食（地址：https://bbs.21ic.com/icview-3208110-1-1.html）
我觉得我还有很多很多的很强很强的能力等我发现，但是我突然觉得体内的能量越来越少，渐渐感觉头晕眼花，我可能需要休息一会，不知道小憩一下会不会恢复（睡眠模式），不行的话，可能我要好好睡个觉了（深度睡眠），如果能量再少下去我可能就睡昏头了（待机模式），这样再醒来可能之前的事我就全忘记了（停机模式下会丢失RAM数据）。
呼呼~~
1、睡眠模式：在睡眠模式中，仅关闭了内核时钟，内核停止运行，但其片上外设，CPU核心的外设全都还照常运行，在软件上表现为不再执行新的代码。这个状态会保留睡眠前的内核寄存器、内存的数据。唤醒后 ，若由中断唤醒，先进入中断，退出中断服务程序后，接着执行 WFI指令后的程序；若由事件唤醒，直接接着执行 WFE 后的程序。唤醒延迟：无延迟。（WFI:Wait For Interrupt，WFE:Wait For Event）。
2、深度睡眠模式（停止模式）：在停止模式中，进一步关闭了其它所有的时钟，于是所有的外设都停止了工作，但由于其 1.2V 区域的部分电源没有关闭，还保留了内核的寄存器、内存的信息，所以从停止模式唤醒，并重新开启时钟后，还可以从上次停止处继续执行代码。
唤醒后，若由中断唤醒，先进入中断，退出中断服务程序后，接着执行 WFI指令后的程序；若由事件唤醒，直接接着执行 WFE 后的程序。
停止模式唤醒后，STM32会使用 HSI（f1的HSI为8M，f4为12M）作为系统时钟。所以，有必要在唤醒以后，在程序上重新配置系统时钟，将时钟切换回HSE。
唤醒延迟 ：基础延迟为 HSI振荡器的启动时间，若调压器工作在低功耗模式，还需要加上调压器从低功耗切换至正常模式下的时间，若 FLASH 工作在掉电模式，还需要加上 FLASH 从掉电模式唤醒的时间。
3、待机模式：它除了关闭所有的时钟，还把 1.2V区域的电源也完全关闭了，也就是说，从待机模式唤醒后，由于没有之前代码的运行记录，只能对芯片复位，重新检测 boot条件，从头开始执行程序。
好了，以上就是今天分享的所有内容了。
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作者：呐咯密密
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