单片机核心/RTOS必备 （前言）

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单片机核心/RTOS必备 （前言）

学习路线差别

1. 单片机入门（HAL）：简单、快速、实际上工作中涉及单片机编程时，也提倡使用HAL库。对于学习来说，HAL库封装了很多技术细节，对技术成长帮助不大。
   比如，可能接触不到：重定位、代码段数据段BSS段、位置无关码、相对跳转、绝对跳转、设置栈、中断上下文、保存/恢复中断现场、ARM架构。
   这些知识，是单片机的核心，学习了它，有助于在RTOS领域发展。
2. 单片机深入（基于寄存器）：抛开HAL库，从芯片手册开始，自己写出一切代码。工作中绝对不建议这么做，但是学习时，可以学习到更深刻的知识。
   这些知识，也是后续学习RTOS、学习Linux的u-boot的必备知识。
3. 不学单片机，直接上手Linux。

嵌入式发展历史

MCU->专用功能的硬件，运行RTOS。
Application Processor（MPU）：MCU升级版本，添加DSP、GPU，运行Linux类的操作系统，安装应用程序->通用功能。

嵌入式系统硬件组成

系统支持SPI Flash启动，这意味着可以运行SPI FLASH上的代码，但是SPI FLASH不是XIP设备，cpu无法直接执行里面的代码。

CPU上电后，访问片内ROM（XIP设备），帮助CPU运行SPI Flash上的程序。

点亮LED灯

1. 看原理图确定控制LED的引脚
2. 看主芯片手册，确定如何设置/控制引脚
3. 写程序

LED的电阻一般非常小，电压通常为3.3V，I = U/R，因此I就非常大，会立刻把灯烧坏，因此需要串联一个电阻。

上面能点亮的前提是，GPIO可以输出3.3V/0V的电压，但有些芯片仅能输出1.2V或更低的电压，引脚的驱动能力不足。

二极管：当左边电压大于右边电压时，电流就可以通过，发光二极管就可以发光。

当P极电压高于下面的N极时，三极管导通，上面的电流就可以往下。

对寄存器的操作：不要影响其它位

怎么访问寄存器？

用指针

unsigned int *p = 0x40010800; //p等于某个寄存器的地址
*p = val; //下寄存器
val = *p; //读寄存器

在X86架构中内存和IO是分开的，根据CPU发出的指令选择不同的设备。

X86属于复杂指令集计算机（CISC：Complex Instruction Set Computing）
它所用的指令比较复杂，比如某些复杂的指令，它是通过“微程序”来实现的。
比如执行乘法指令时，实际上会去执行一个“微程序”。
在微程序里一样是去执行这4个操作：

但是对于程序员来说，他看不到“微程序”，好像用一条指令就搞定了一切。

在ARM CPU看来，内存、IO的操作是一样的。

ARM芯片属于精简指令集计算机（RSIC：Reduced Instruction Set Computing）它所用的指令比较简单，有如下特点：

1. 对内存只有读、写指令
2. 对于数据的运算是在CPU内部实现
3. 使用RISC指令的CPU复杂度小一点，易于设计

RISC和CISC

CISC指令能力强，但多数指令使用率低却增加了CPU的复杂度，指令是可变长格式。
RISC指令大部分为单周期指令，指令长度固定，操作寄存器，对于内存只有LOAD/STORE操作。

CPU内部有很多寄存器

无论是Cortex-M3/M4，还是Cortex-A7，CPU内部都有R0,…,R15寄存器，它们可以用来“暂存”数据。

对于R13,R14,R15,还有另外的用途：

1. R13：Stack Pointer，栈指针。
2. R14：Link Register，用来保存返回地址。
3. R15：Program Counter，程序计数器，表示当前指令地址，写入新值即可跳转。

M3/M4：比较两个数时，结果保存在PSR中。
汇编指令使用“SP”，但是它可能对应不同的SP寄存器，一般情况下都是使用SP_main，运行RTOS时，可以让APP使用SP_Process。

xPSR：保存程序状态，比如上一条指令的执行结果、比较结果；也有一些控制作用，比如屏蔽中断、使能中断。

xPSR

对于Cortex-M3/M4来说，xPSR实际上对应3个寄存器。

1. APSR： Apllication PSR，应用PSR
2. IPSR：Interrupt PSR，中断PSR
3. EPSR：Exectution PSR，执行PSR

这3个寄存器，可以单独访问：
MRS R0,APSR
MRS R0,IPSR
MSR APSR R0

这3个寄存，也可以一次性访问：
MRS R0,PSR
MSR PSR,R0

程序状态寄存器中的位域

• N：负标志
• Z：零标志
• C：进位（或者非借位）标志
• V：溢出标志
• Q：饱和标志
• GE：大于或等于标志
• ICI/IT：中断继续指令
• T：Thumb状态，总是1，清除此位会引起错误异常
• 异常编号：表示处理器正在处理的异常。