嵌入式学习笔记

一、前置说明

RTOS学习铺垫

学习RTOS需掌握前置知识：链表、数组；
学习分为三个阶段：

1. 会调用API
2. 熟悉内部工作原理
3. 优化修改

二、串口中断程序编写

1. CubeMX配置要点

• 串口（UART）属于内部中断，无需配置EXTI（EXTI仅管理GPIO外部中断）
• 核心配置方向：串口参数（波特率、数据位等）、GPIO引脚、中断优先级与使能
• 具体流程图见飞书笔记

2. 核心代码解析

（1）串口初始化函数

//HAL库的串口初始化函数
void MX_USART1_UART_Init(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 0 */
  /* USER CODE END USART1_Init 0 */
  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 1 */
  /* USER CODE END USART1_Init 1 */
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 9600;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;//8bit数据位
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;//1个停止位
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;//无奇偶校验
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;//收发模式
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;//无硬件流控
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;//16倍过采样
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)//初始化校验
  {
    Error_Handler();//初始化失败进入错误处理
  }
  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 2 */
  /* USER CODE END USART1_Init 2 */
}

（2）串口GPIO与中断初始化

//串口的GPIO初始化
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(uartHandle->Instance==USART1)
  {
  /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 0 */
  /* USER CODE END USART1_MspInit 0 */
    /* USART1时钟使能 */
    __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();//串口使能

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//GPIOA时钟使能
    /**USART1 GPIO配置
    PA9     ------> USART1_TX
    PA10    ------> USART1_RX
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10;//收发引脚
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;//收发均是复用推挽输出（建议接收配置为浮空/上拉输入）
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;//高速传输
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART1;//开启复用功能
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    /* USART1中断配置 */
    HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0);//设置中断优先级
    HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);//使能中断
  /* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 1 */
  /* USER CODE END USART1_MspInit 1 */
  }
}

3. 串口中断关键函数与回调

（1）非阻塞发送函数 HAL_UART_Transmit_IT

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size)

• 功能：启动中断驱动的UART发送，设置发送缓冲区/计数，使能TXE（发送数据寄存器空）中断，由中断逐字节发送
• 特性：非阻塞，调用后立即返回，实际发送由中断完成
• 返回值：HAL_OK/HAL_ERROR/HAL_BUSY
• 调用示例：HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,"xixixi",sizeof("xixixi"));（无超时时间）

（2）发送完成回调函数

//弱函数（用户可重写）
__weak void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  UNUSED(huart);
  /* 需自定义逻辑时，在用户文件中重写该函数 */
}

//自定义重写示例
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  if(huart->Instance==USART1)//判断串口实例
  {
    i++;
    if(i>250){
      i=1;
    }
  }
}

• 注意：串口发送完成后会自动关闭使能，需手动重新使能

三、定时器系统

1. 时钟基础概念

• 时钟信号：有规律、稳定的周期性方波脉冲，用于计时/计数，决定程序运行速度（如F411最高100M，单条指令耗时1/100μs）
• 核心参数：周期（T）、频率（f）、占空比（高电平占比）、上升沿/下降沿
• 时钟源分类：
  • 高速：HSE（外部）、HSI（内部）→ 管理主频
  • 低速：LSE（外部）、LSI（内部）
  • 特殊：SysTick（内核）、TIM（片上外设）

2. SysTick（滴答定时器）

（1）核心特性

• 归属：Cortex-M4内核，ARM官方开发

• 类型：24位递减定时器，最大计数值2^24（16777216）

• 作用：产生时基（通常1ms），为操作系统提供心跳，也可用于基础计时

• 触发机制：设定初值使能后，每来1个时钟信号计数值-1；减至0触发异常，自动重装初值循环

  

（2）关键寄存器

• CTRL：控制寄存器（使能、时钟源、中断使能、计数标志）
• LOAD：重装载寄存器（存储计数初值）
• VAL：当前值寄存器（存储当前计数值）

（3）HAL_Delay实现原理

#define HAL_MAX_DELAY      0xFFFFFFFFU   //最大延时值
typedef enum
{
  HAL_TICK_FREQ_10HZ         = 100U,
  HAL_TICK_FREQ_100HZ        = 10U,
  HAL_TICK_FREQ_1KHZ         = 1U,
  HAL_TICK_FREQ_DEFAULT      = HAL_TICK_FREQ_1KHZ //默认1KHz（1ms）
} HAL_TickFreqTypeDef;
HAL_TickFreqTypeDef uwTickFreq = HAL_TICK_FREQ_DEFAULT;

__weak void HAL_Delay(uint32_t Delay)
{
  uint32_t tickstart = HAL_GetTick();//获取进入延时的初始时间
  uint32_t wait = Delay;

  /* 保证最小延时（防止Delay=0时无等待） */
  if (wait < HAL_MAX_DELAY)
  {
    wait += (uint32_t)(uwTickFreq);//加1ms，存在1ms误差
  }

  //死循环等待，直到当前时间-初始时间≥目标延时
  while((HAL_GetTick() - tickstart) < wait)
  {
  }
}

（4）SysTick中断触发周期配置

• 初始化链路：main() → HAL_Init() → HAL_InitTick() → HAL_SYSTICK_Config()
• 配置示例：SystemCoreClock / (1000U /(uint32_t)uwTickFreq)（如SystemCoreClock=4000000UL时，计算得4000，即每4000个时钟周期触发一次中断，对应1ms）

3. TIM定时器（片上外设）

（1）核心特性

• 类比闹钟，支持定时中断、计数外部脉冲、生成PWM（电机调速/LED调光等）

• st、其他芯片厂商开发

• 分类：高级定时器、通用定时器、基本定时器（按复杂度/功能扩展）

• 位数决定计数上限

  

• 关键参数：

  • 计数器分辨率：0~65535（16位）
  • 计数类型：向上/向下/向上+向下计数
  • 预分频因子（PSC）：16位寄存器（0~65535），0=不分频，1=2分频，以此类推（如16M时钟分频16得1M）

（2）CubeMX配置要点

• 时钟来源：内部时钟
• 预分频值、自动重装载值配置
• 计数方式选择
• NVIC中断优先级与使能
• 通道选择（如需PWM）
• 从动模式/触发方式（按需配置）

（3）实战：1S串口上报“我来了”

步骤：

1. 配置串口（参考第二部分）
2. 配置TIM定时器：
   • 设置预分频值、自动重装载值（实现1S定时）
   • 开启自动重装、NVIC中断使能
3. 代码实现：
   • 调用函数开启定时器
   • 重写定时器中断回调函数
   • 在回调函数中调用HAL_UART_Transmit_IT发送“我来了”

4. 补充知识点

（1）枚举类型赋值规则

typedef enum {
    A = 1U  //1U：无符号1（减少CPU类型判断开销）
    B = 2UL //2UL：无符号长整型
    C = B   //继承B的值
    D       //未赋值，为前一个值+1（即3）
} name;    

• 系统库常用U/UL：避免类型转换，提升调用效率

（2）关键外设缩写

• SDIO：安全数字输入输出接口
• SWDIO：串行调试输入输出接口
• EXTI：外部中断控制器
• NVIC：嵌套向量中断控制器

（3）volatile关键字

• 作用：防止编译器优化，确保每次读取变量都从内存中获取（定时器/中断相关变量需加）

（4）总线挂载

• TIM定时器分属APB1（低速）、APB2（高速）总线，可在芯片结构图中查看
• 例：TIM1/TIM10共用一条中断线

四、待深入探究的问题

1. 西风的按键消抖方法原理
2. 串口硬件流控的具体含义与应用场景，NCOF，回顾飞书笔记
3. 串口过采样的原理与作用
4. huart->Instance的底层实现与作用
5. HAL_Delay中“防0操作”的必用场景
6. SysTick寄存器（CTRL/LOAD/VAL）的详细配置与解析
7. TIM定时器不同类型（高级/通用/基本）的功能差异
8. 回顾串口的cubemx配置
9. 什么是ewarm——IAR
10. 外部：SR状态寄存器
11. 不定长串口接收

五、GPIO流程图

在05stm32实战的02点灯

在通信笔记