MCU开发
MCU (Micro Control Unit) , 包含 CPU 以及一系列外设的IC芯片
CPU：通常为 ARM CorexM 内核架构的 CPU
一、软件分层设计架构¶
Note
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APL 应用层 (Application layer)
项目硬件资源之上的代码，例如 scheduler任务调度器，UI交互逻辑等。
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FML 设备模块层 (Function module layer)
项目使用的模块驱动相关代码。
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HDL 硬件驱动层 (Hardware module layer)
MCU的内核资源 Systick、NVIC / 片上资源 GPIO、UART、FLASH、ADC等等
APL (Application Layer)¶
按键检测¶
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少量IO检测多个按键
1.使用矩阵按键，例如行4列4，8个IO组成的矩阵可以检测4*4=16个按键，但少量按键这个方法不合适
2.使用ADC检测多个按键，通过电阻分压，使得不同按键电压值不同。
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软件消抖
1.定时器延时检测状态。不消耗CPU资源，裸机可用
2.延时死等检测状态。消耗CPU资源，裸机不可用，RTOS下可用
任务表调度器 Scheduler¶
多级菜单 Menu¶
使用结构体定义菜单类，并且使用结构体指针跳转菜单层级
#define ARR_LEN(ARR) (sizeof(ARR)/sizeof((ARR)[0]))
typedef struct{
//当前菜单索引
uint8_t menu_idx;
//菜单名称
uint8_t menu_name[20];
//菜单函数指针
void (*func)(void);
}menu;
//首页菜单
menu home_page[] =
{
{//短信菜单
.menu_idx = 0,
.menu_name = "message",
.func = &message_func
},
{//电话菜单
.menu_idx = 1,
.menu_name = "call",
.func = &call_func
},
{//设置菜单
.menu_idx = 2,
.menu_name = "setting",
.func = &setting_func
}
};
//设置菜单——子菜单
menu setting_page[] =
{
{//时间设置
.menu_idx = 0,
.menu_name = "time_setting",
.func = &time_setting_func
},
{//音量设置
.menu_idx = 1,
.menu_name = "volume_setting",
.func = &volume_setting_func
},
{//亮度设置
.menu_idx = 2,
.menu_name = "brightness_setting",
.func = &brightness_setting_func
}
};
//菜单指针
menu *menu_ptr = NULL;
menu_ptr = &home_page[0];//初始化为首页菜单
void setting_func(void)
{
menu_ptr = &setting_page[0];//跳转到设置菜单
show_menu(menu_ptr, ARR_LEN(setting_page));
}
循环队列 FIFO¶
队列在计算机系统中的应用非常广泛，以下仅从两个方面来阐述
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解决主机与外部设备速度不匹配的问题
以主机和打印机之间的速度不匹配的问题为例做简要说明。主机输出数据给打印机打印，输出的数据比打印机的数据要快很多 ，因为速度不匹配，若直接把输出的数据送给打印机，显然是不行的。解决的方法是设置一个打印数据缓冲区，主要把打印输出的数据 依次写入这个缓冲区，写满后就暂停输出，转去做其他事情。打印机就从缓冲区中按照先进先出的原则依次取出数据并且打印，打印完成当前数据再向主机请求数据。这样既保证了打印数据的正确，又使主机提高了效率————王道数据结构
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例：需要MCU在某时刻产生多条带有当前状态的信息，但UART发送数据受波特率限制，无法短时间内发送完毕，若不缓存，时变原因状态改变。那么先将当前产生的数据入队，串口发送完一包数据后，查看循环队列是否空，非空则数据出队，并且由UART发送。避免丢失当前产生的数据包，并且保持数据包时间关系的一致
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例：UART接受到了很多数据包，处理数据包需要耗时，但如果不缓存数据包，那么时间推移导致数据覆盖，丢包。此时可以开设一个队列，对每一个接受完成的数据包进行入队，数据入队后进行解析并且出队，避免错失接受的数据包，并且保持数据包时间关系的一致
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例：使用中断模拟通讯时序，但是中断间隔的us级别甚至ns级别的。那么时序数据需要提前准备好，而不是中断任务结束一次产生一次数据，这样会使得时序数据间隔太大。可以开设一个队列对需要模拟的时序数据入队，只需要进中断时处理并且出队即可。保持数据时序一致的同时，数据间隔最小，效率最高
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解决由多用户引起的资源竞争问题
CPU（即中央处理器，它包括运算器和控制器）资源的竞争就是一个典型例子。在一个带有多终端的计算机系统上，有多个用户需要CPU各自运行自己的程序，他们分别通过各自的终端向操作系统提出占用CPU请求。操作系统通常按照每个请求的时间先后顺序，把他们排成队列，每次CPU分配给队首请求的用户使用。当前的程序运行结束或用完规定的时间间隔后，令其出队，再把CPU分配给队首请求的用户使用。满足每个用户的请求。
应用升级 IAP¶
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IAP (In Application Program) / OTA (Over The Air)
Bootloader(引导程序)+FlashArea1(APP1应用程序段)+FlashArea2(APP2应用程序备份段)
为了防止刷新失败，应该有刷新回滚功能，即更新备份段覆盖程序段
主要在于Bootloader的程序编写，次要在于APP程序中断向量表偏移
Bootloader：通信UART/CAN，来接收APP的bin文件，并且写入片内Flash/SRAM
APP：由于Boot程序已经占用了Flash的一些空间，所以需要根据占用来偏移APP程序的所在空间，并且调整中断向量表的偏移
滤波算法¶
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延时滤波
过滤微小跳变，常用于按键扫描
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限幅滤波
如果本次新采样值与上次滤波结果之差 < A,则本次采样值有效,令本次滤波结果=新采样值; 如果本次采样值与上次滤波结果之差 > A,则本次采样值无效,放弃本次值,令本次滤波结果=上次滤波结果。 优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。 缺点：无法抑制周期性的干扰,且平滑度差
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中值滤波
连续采样N次(N取奇数)，把N次采样值按大小排列（冒泡算法 / 快排算法），取中间值为本次有效值。 优点：有效克服因偶然因素引起的波动干扰。对温度、液位等变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。 缺点：对流量、速度等快速变化的参数不宜。
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均值滤波
算数平均值滤波
连续取N个采样值进行算术平均运算。N值较大时,信号平滑度较高,但灵敏度较低;N值较小时,信号平滑度较低,但灵敏度较高。 优点：适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。这种信号的特点是有一个平均值,信号在某一数值范围附近上下波动。 缺点：对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用。由于需要开设队列存储历次采样数据,因此比较消耗RAM
HDL (Hardware Driver Layer)¶
SysTick 滴答定时器¶
// 1 滴答定时器配置 SysTick_Config
// 以72MHZ时钟频率举例，1秒计72M次。
// 72M / 1000 = 72000，也就是计数72000次产生一次中断
// 时间上就是1ms，1秒中断1000次
SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000);//SystemCoreClock 为MCU主频 .
// 2 滴答中断处理函数 SysTick_Handler
void SysTick_Handler()//滴答中断处理函数
RCC 复位和时钟控制¶
Note
RCC（Reset and Clock Control，复位和时钟控制）是 STM32 微控制器中的一个重要模块.
用于管理系统的时钟和复位功能。RCC 模块负责为各个外设提供时钟信号，并控制这些时钟信号的通断
GPIO 通用输入输出¶
GPIO八种工作模式讲解，图文结合，一文带你轻松搞懂 - 知乎
1） GPIO_Mode_AIN 模拟输入；ADC
2） GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入；按键
3） GPIO_Mode_IPD 下拉输入；默认低电平，检测上升沿
4） GPIO_Mode_IPU 上拉输入；默认高电平，检测下升沿
5） GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出；
6） GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出；输出高低电平，是最常用的模式。
7） GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出；IIC
8） GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出。UART, SPI
EXIT 外部中断¶
TIM 定时器¶
UART 通信¶
Note
Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 通用异步收发器
通信速率：常见 115200 bps
全双工：双数据线，RX接收，TX发送，故为全双工（收发同时进行）
异步：无同步时钟线CLK，故为异步信号，数据传输不稳定、不可靠。
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四步两函数
四步 1 配置IO，TX（AF_PP）推免输出，RX（IPU）上拉输入 2 配置NVIC串口中断管理 3 配置UART参数 4 配置DMA 两函数 1 中断处理函数，UART_IRQHandler() 2 串口发送函数，可以重定向fputc(),使用 printf() -
断包方式
1 定义数据包的帧头，帧尾，以及数据长度，校验码 ASCII码数据包：可以使用0x0D 0x0A断包，不会产生重复 HEX码数据包：无法使用0x0D 0x0A断包，因为可能会有相同的hex数据 2 根据数据字节间，接收间隔计时断包 使用时间断包，不用像帧头帧尾断包一样，需要考虑包含帧头尾数据的情况
IIC 通信¶
Note
Inter-Integrated Circuit
半双工：单数据线SDA，故为半双工（收发无法同时进行只能选其一）
同步：有同步时钟线CLK，故为同步信号，数据传输稳定、可靠。
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三种判断信号：起始信号、停止信号、应答信号（应答与非应答）
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设备寻址：
主机向从机发送起始信号后的第一个字节8bit是寻址数据，后面的字节都是数据，不再是寻址数据，除非又重新来一个起始信号。
寻址数据8bit。高7bit是地址数据，剩下1bit用来表示传输方向，0写1读。写操作SDA设置输出、读操作SDA设置输入
7bit即2^7 = 128，除去0x00可以寻址127个地址，说明IIC总线上最多挂载127个设备
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通信发起：
从机不能主动发数据，是由主机带头来发送起始信号、停止信号、应答信号。
SDA 设置输出则是发数据，设置输入则是收数据，需要有主机发出起始信号结束信号
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通信应答：
每当发送器传输完一个字节的数据之后，发送端会等待一定的时间，等接收方的应答信号。
接收端通过拉低SDA数据线，给发送端发送一个应答信号，以提醒发送端我这边已经接受完成，数据可以继续传输，接下来，发送端就可以继续发送数据了。
SPI 通信¶
Note
Serial Peripheral interface
全双工：双数据线，MOSI（Master Out Slave In），MISO（Master In Slave Out），故为全双工（收发同时进行）
同步：有同步时钟线CLK，故为同步信号，数据传输稳定、可靠。
CAN 通信¶
Note
半双工：双数据线CANH，CANL，但为差分信号（相同信号），故为半双工（收发无法同时进行只能选其一）
异步：无同步时钟线CLK，故为异步信号，差分信号，双绞线抗干扰，数据稳定、可靠。