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嵌入式基础（二）ARM基础

news 来源：原创 2025/4/23 18:46:09

嵌入式基础（二）ARM基础

1.精简指令集和复杂指令集的区别⭐⭐⭐

精简指令集 (RISC)

精简指令集 (Reduced Instruction Set Computing) 具有简洁、精简的指令集，每条指令执行的操作都很基础，使得处理器设计更简单。
RISC 处理器通常需要更多的指令来完成复杂的操作，但每条指令执行的时间相对较短。
采用固定长度的指令格式，简化了指令译码的工作，提高了流水线执行效率。
RISC 处理器倾向于通过增加寄存器数量来加速运算，以减少内存访问的频率。

复杂指令集 (CISC)

复杂指令集 (Complex Instruction Set Computing) 包含大量复杂的指令，每条指令可以完成更多的工作，包括访存、运算等。
CISC 处理器的指令通常更多样化，能够在一条指令内完成复杂的操作，因此每次执行的指令数较少。
具有可变长度的指令格式，使得指令译码较为复杂，执行速度可能会受到影响。
CISC 处理器在设计上倾向于通过多种复杂的指令来减少内存访问次数，以提高程序的执行效率。

精简指令集和复杂指令集对比：

指令数量	较多	较少
指令复杂度	简单	复杂
指令执行时间	短	长
指令格式	固定长度	可变长度
寄存器的作用	重要，减少内存访问	相对不太重要

2.什么是DMA⭐⭐⭐⭐

什么是DMA

DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 提供在外设与内存、存储器和存储器、外设与外设之间的高速数据传输使用。它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU，在这个时间中，CPU对于内存的工作来说就无法使用。简单来说就是一个数据搬运工。

DMA的意义主要体现在以下几个方面：

代替CPU搬运数据，为CPU减负：数据搬运是一个耗时的任务，如果由CPU来执行数据传输操作，会占据CPU的大量时间和计算资源。通过利用DMA机制，外部设备可以直接与内存进行数据传输，无需CPU的参与，从而减轻了CPU的负担，使其能够专注于执行其他更重要的任务。
数据搬运工作时效要求高：某些场景下，数据的及时传输非常重要，例如实时流媒体、快速数据采集等应用。DMA能够以高效率和高速度进行数据传输，满足对数据及时性的要求。
数据搬运任务缺乏技术含量：相比于其他计算任务，数据搬运任务相对简单，缺乏复杂的计算和逻辑操作。通过将数据搬运任务交给DMA执行，CPU可以节省出宝贵的时间和资源，用于执行更具技术含量的计算和处理任务。

DMA搬运数据

1.搬运什么数据

搬运存储器、外设的数据：

外设指的是spi、usart、iic、adc 等基于APB1 、APB2或AHB时钟的外设。

存储器包括自身的闪存(flash)或者内存(SRAM)以及外设的存储设备都可以作为访问地源或者目的。

2.从哪里搬到哪里

1.存储器→存储器（例如：复制某特别大的数据buf）

2.存储器→外设（例如：将某数据buf写入串口TDR寄存器）

3.外设→存储器（例如：将串口RDR寄存器写入某数据buf）

3.说说你了解有哪些存储器类型⭐⭐⭐

存储器类型	描述
内存 (RAM)	临时存储数据和程序的主要存储器类型。包括DRAM和SRAM。
只读存储器(ROM)	存储固定数据，如固件和BIOS。
快闪存储器(Flash Memory)	在断电的情况下可以存储数据。常用于SSD和便携设备。
磁盘存储器(Disk Storage)	长期数据存储，包括硬盘驱动器(HDD)和固态硬盘(SSD)。
Cache 存储器	加速访问主存储器中的数据的存储器，包括CPU缓存和磁盘缓存等。
存储介质	长期数据备份和存档，包括磁带、光盘等。

4.FreeRTOS、uCOS的区别⭐⭐

FreeRTOS和uC/OS是两种实时操作系统(RTOS)，用于嵌入式系统开发。它们有一些显著的区别，包括以下方面：

FreeRTOS：

具有免费开源的版本，可自由使用和定制。
任务调度：FreeRTOS使用基于优先级的抢占式调度策略，具有较低的上下文切换开销。
内核对象：FreeRTOS提供一些基本的内核对象，如任务、队列和定时器等，具有相对简单的功能。
内存管理：可以选择静态内存分配或动态内存分配，可根据需求进行配置。
社区支持：具有活跃的社区支持，频繁进行更新和改进。

uC/OS：

提供免费和商业版本，商业版本提供额外的功能和支持。
任务调度：可配置为抢占式或协作式调度，灵活适应不同应用需求。
内核对象：提供丰富的内核对象，例如任务、信号量、邮箱、互斥锁等，功能更为全面。
内存管理：需要使用外部内存管理功能，用户可以根据需求选择适当的内存管理机制。
社区支持：社区相对稳定，更新相对较慢，具有较长时间的经验积累。

下面是FreeRTOS和uC/OS之间主要区别的表格罗列：

特征	FreeRTOS	uC/OS
许可	开源免费，灵活自由	免费和商业版本，商业支持
任务调度	基于优先级的抢占式	可配置为抢占式和协作式
内核对象	基本功能较为简单	提供丰富的内核对象
内存管理	静态或动态内存分配可选	需要使用外部内存管理功能
社区支持	活跃的社区支持，频繁更新	较为稳定，更新较慢

5.CPU 内存虚拟内存磁盘/硬盘的关系⭐

CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是计算机的大脑，负责执行指令和处理数据。它从内存中读取指令和数据，并对其进行处理。CPU 的运行速度和性能对系统的整体运行效率有着重要影响。
内存（Random-access memory，随机存取存储器）是计算机用来临时存储数据和程序的地方，其数据可以快速被 CPU 访问。内存的容量和速度直接影响着系统的运行速度和多任务处理能力。
虚拟内存是一种技术，通过它，计算机可以使用磁盘空间来扩展内存的容量。当物理内存不足时，系统会将一部分不常用的数据和程序存储到磁盘上，从而腾出内存空间给其他应用程序使用。这样，虚拟内存为系统提供了更大的地址空间和灵活的内存管理方式。
磁盘/硬盘是用来长期存储数据和程序的设备，通常包括机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。磁盘上存储着操作系统、应用程序、用户数据等内容。计算机在启动时会从磁盘加载操作系统到内存中，并且在运行过程中会不断地向磁盘读写数据。

6.波特率是什么，为什么双方波特率要相同?⭐⭐⭐⭐

波特率（Baud rate）是一种衡量数据传输速率的单位，表示每秒传输的信号变化次数。在串行通信中，波特率决定了数据传输的速率。

为什么双方波特率要相同?

在串行通信中，发送方将数据位一位一位地传输给接收方。发送方和接收方需要根据一个共同的时钟来保持同步，以确保数据的正确传输和解析。
如果发送方和接收方的波特率不一致，就会导致问题。例如，如果发送方的波特率较高，而接收方的波特率较低，接收方可能无法及时接收到发送方发送的每个比特，导致数据传输错误。相反，如果接收方的波特率较高，而发送方的波特率较低，接收方就会在没有数据传输的时候出现等待时间。
因此，为了确保数据能够按正确的速率传输并且保持同步，通信双方需要使用相同的波特率。这样，发送方和接收方可以按照相同的时间间隔传输和接收数据，确保数据的准确性和完整性。

7.ARM和DSP有什么区别⭐

特征	ARM处理器	DSP处理器
应用领域	通用处理器，用于控制和应用处理	专用于数字信号处理，如音频、视频、通信等
指令集	RISC架构	固定点和浮点指令集
主要功能	通用处理器，适合通用用途的计算和控制	专用于数字信号处理和算法加速
算术/逻辑单元	用于通用计算	专注于信号处理的算术逻辑单元
浮点运算	适中支持浮点运算	专注且高效的支持浮点运算
架构	适合通用用途的处理器架构	针对信号处理和并行计算优化的架构

8.ROM RAM的概念浅析⭐⭐

特征	ROM(只读寄存器）	RAM (随机存取存储器)
可读写	只读	可读写
数据固化	是	否
数据易失性	否	是
数据保持性	断电时数据保持不变	断电时数据丢失
访问方式	顺序读取	随机读取
用途	存储固件、引导程序、常量数据等	存储操作系统、应用程序、临时数据等
访问速度	相对较慢	相对较快
存储容量	通常较小	通常较大

9. 上拉输入下拉输入推挽输出开漏输出⭐⭐⭐⭐

上拉输入（Pull-Up Input）：上拉输入是一种输入状态，该状态下，输入引脚连接一个上拉电阻，使其保持高电平状态。当没有外部信号输入时，输入引脚会被上拉电阻拉高。

下拉输入（Pull-Down Input）：下拉输入是一种输入状态，该状态下，输入引脚连接一个下拉电阻，使其保持低电平状态。当没有外部信号输入时，输入引脚会被下拉电阻拉低。

推挽输出（Push-Pull Output）：推挽输出是一种输出状态，该状态下，输出引脚能够提供电流流入或流出。在高电平状态下，输出引脚提供一个高电平信号，而在低电平状态下，输出引脚提供一个低电平信号。

开漏输出（Open-Drain Output）：开漏输出是一种输出状态，该状态下，输出引脚可以将其连接到地（低电平状态）或离开（浮空）以实现高电平状态。它需要外部上拉电阻来将引脚拉高，因此输出引脚只能拉低或浮空，无法提供高电平。

10.请使用stm32写一个点灯⭐⭐⭐⭐

#include "stm32f4xx_hal.h"  HAL库 

/* 使用的 GPIO 引脚 */
#define LED_PIN GPIO_PIN_13
#define LED_PORT GPIOG

int main(void)
{
  HAL_Init();  // 初始化 HAL 库

  /* 启用 GPIOG 时钟 */
  __HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE();

  /* 配置 GPIO 引脚为输出模式 */
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  GPIO_InitStruct.Pin = LED_PIN;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  // 输出模式
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;  // 无
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;  // 低速
  HAL_GPIO_Init(LED_PORT, &GPIO_InitStruct);  // 初始化 LED 引脚

  while (1)
  {
    /* 点亮 LED */
    HAL_GPIO_WritePin(LED_PORT, LED_PIN, GPIO_PIN_SET);

    /* 延时一段时间 */
    HAL_Delay(1000);  // 延时1秒

    /* 熄灭 LED */
    HAL_GPIO_WritePin(LED_PORT, LED_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    /* 延时一段时间 */
    HAL_Delay(1000);  // 延时1秒
  }
}