第1章.STM32单片机入门知识介绍
1.1什么是嵌入式系统？
嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统和通用计算机系统都属于计算机系统。如图。从系统组成上它们都是软件和硬件组成，工作原理也相同。从硬件上看，两者都是由CPU、存储器、I/O接口和中断系统等部件组成；从软件上看，两者都可以换分为系统软件和应用软件。
嵌入式系统和通用计算机系统也是有很多不同点
1.2嵌入式系统的应用领域
广泛应用于工业控制，交通管理，信息家电，环境工程等
1.3 单片机基本概念
单片机，全称单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），是指集成在一个芯片上的微型计算机。这种计算机系统的体积较小，内部包含中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数器和多种I/O接口电路，并在一块集成电路芯片上集成了微型计算机的各种功能部件，具有高性能、低价格的优点。国内经常使用“单片机”这个称呼，国外通常称为“微控制器”，英文缩写MCU（Microcontroller Unit）。
1.4 ARM简介
1.4.1 ARM公司介绍
ARM，全称为Advanced RISC Machines，既指ARM公司，也指ARM处理器内核。ARM公司是全球领先的半导体知识产权(IP)提供商，是一家在微处理器设计领域具有重要影响力和广泛应用的公司，ARM的总部位于英国的剑桥。
ARM设计了大量高性能、廉价、低功耗的RISC(Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机)处理器及芯片。ARM作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片的生产，其将知识产权授权给世界各大半导体厂商后，各大生产商再根据不同的应用领域，加入适当的外围电路，形成自己的ARM微处理器芯片。ARM架构其高效、节能的特性，使得它非常适合在移动设备和嵌入式系统中使用，它的技术广泛应用于各种嵌入式系统设计，从无线通讯、网络和消费娱乐产品到成像、汽车、安全和存储解决方案等领域。ARM架构已经成为当今使用最广泛的32位嵌入式RISC指令集架构，ARM公司已经成为全球RISC标准的缔造者。目前全球超过95%的智能手机和平板电脑都采用了ARM架构。
1.4.2 ARM处理器简介
ARM公司开发了很多系列的处理器内核，以前都是以ARMx(x是数字)进行命名，比如经典的ARM7，ARM9，ARM11等。在早期，还在数字后面加字母后缀，用来进一步明确该处理器支持的特性。比如，ARM7TDMI，T代表Thumb指令集，D代表支持JTAG调试（Debugging）,M代表快速乘法器，I代表一个嵌入式ICE模块。
到了ARMv7架构时代，ARM改革了一度使用的冗长命名方法，转为另一种看起来比较整齐的命名法：按照应用等级分成3个类别，并以Cortex作为前缀，而且每一个大的系列又换分若干小的系列。ARM体系结构与ARM内核的对应关系如图
ARM架构进化史
ARM的Cortex系列处理器分为三种：Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M，每种系列都有其特定的使用场景。
Cortex-A系列处理器：主要用于高性能计算设备，如智能手机、平板电脑、个人电脑和服务器等。它们通常具有较高的时钟频率和更大的存储容量，面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用，因此也被称为应用程序处理器。
Cortex-R系列处理器：专为实时应用程序设计，如实时嵌入式系统中的自动驾驶、工控系统和医疗设备等。这些处理器针对实时系统，面向深层的嵌入式实时应用，能够处理需要快速响应和高可靠性的任务。
Cortex-M系列处理器：专为嵌入式系统设计，用于低功耗、实时控制和物联网设备。它们被广泛应用于各种应用，包括智能家居、汽车电子、医疗设备、工业自动化等领域。Cortex-M系列处理器具有低功耗、高性能、实时性、易于开发等特点，能够满足微控制器领域对于快速且具有高确定性的中断管理，以及低功耗和低成本的需求。
目前市场上比较流行的几大系列微处理器，按性能、功能和处理能力划分如图
STM32F103型号属于cortex-M3系列。
1.5 STM32简介
1.5.1基于Cortex内核的MCU
ARM-Cortex处理器内核是微控制器的中央处理单元(CPU)。完整的基于Cortex的MCU(MicroController Unit)还需要很多其他组件。在芯片制造商得到Cortex处理器内核的使用授权后，它们就可以把Cortex内核用在自己的硅片设计中，添加存储器、外设、I/O及其他功能块，即为基于Cortex的微控制器。不同厂家设计出的MCU会有不同的配置，包括存储器容量、类型、外设等都各具特色。以STM32的Cortex-M3内核为例，Cortex-M3内核和基于Cortex-M3的MCU关系如图。
1.5.2 什么是stm32
STM32是意法半导体（STMicroelectronics）公司推出的32位ARM Cortex-M内核微控制器系列。从字面上来理解，ST代表意法半导体，M是Microelectronics的缩写，而32则表示32位。
1.5.3 stm32产品线介绍
STM32还可以用于无人机和机器人的控制系统开发，提供高性能的实时控制和传感器处理能力。同时，它也可以用于开发各种嵌入式设备，如测试仪器、智能卡等。
但stm32也存在局限，如在程序代码较大，基于linux或android，需要极高计算能力的场景下，使用起来不适合。
根据上表，可见STM32 主要分两大类，MCU 和 MPU，MCU 就是我们常见的STM32微控器，不能跑 Linux，而 MPU 则是 ST 在 19 年才推出的微处理器，可以跑 Linux。
由于 STM32 系列有很好的兼容性，我们只要能够熟练掌握其中一任何一款 MCU，就可以很方便的学会并使用其他系列的 MCU。比如学好了 STM32F103，再去学 F4/F7/H7 就比较容易学会，由于 STM32F103 系列最早推向市场，资料和教程都是最多的，在市场上的使用也是最为广泛，所以对于没有接触过 STM32 的初学者来说，建议先学习 STM32F103，再去学习其他的 STM32 系列。
STM32 的产品名字里面包含了：家族、类别、特定功能、引脚数、闪存容量、封装、温度范围等重要信息，这些信息可以帮助我们识别和区分 STM32 不同芯片。
第2章.STM32开发C语言常用知识点
2.1. STM32嵌入式开发C语言编程的不同
根据嵌入式的需要，stm32应用于各种场景，需要自己设计一套c语言来适配。
2.2. C语言常用知识点
常见的位操作运算符有&（按位与）、|（按位或）、^（按位异或）、~（按位取反）、<<（左移）、>>（右移）。建议学习stm32前补习一下c的知识。
2.2.1.如何改变某些特定位，而不改变其他位？
GPIOA->CRL &= 0XFFFFFF0F; /* 将高 4~7位清 0 */
/*然后再与需要设置的值进行|或运算：*/
GPIOA->CRL |= 0X00000040; /* 设置相应位的值(4)，不改变其他位的值 */ 2.2.2.移位操作还提高代码的可读性
SysTick->CTRL |= 1 << 1; /*这是delay库函数里面的一段代码*/
SysTick->CTRL |= 0X0002; /*上面与下面对比可以看见，上面的代码逻辑是设置最低位为1，向左高位移动一位，让第二位置1。我们还可以修改左移值，改变想要置1的位置*/2.2.3.~按位取反操作使用技巧
SysTick->CTRL &= ~(1 << 0) ; /* 关闭 SYSTICK 注意这里寄存器的初始值为1*/
SysTick->CTRL &= 0XFFFFFFFE; /* 关闭 SYSTICK 上面的代码，可以对想要清零的操作位进行设置*/ 2.2.4.^按位异或操作使用技巧
GPIOB->ODR ^= 1 << 5;/*让操作位状态翻转，常用于LED闪烁*/2.2.5.define 宏定义
define 是 C 语言中的预处理命令，它用于宏定义（定义的是常量），后续如果想修改π的值，可以直接在宏定义的地方修改，
#define PIE 3.14159f //"标识符"为所定义的宏名;"字符串"可以是常数、表达式、格式串等2.2.6.条件编译
2.2.6.1.#ifdef
当满足某条件时对一组语句进行编译，而当条件不满足时则编译另一组语句,这种语句常常在嵌入式中使用。其中#else 部分也可以没有。
#ifdef 标识符
程序段 1
#else
程序段 2
#endif 2.2.6.2.#ifndef
#ifndef SOME_MACRO
// 如果 SOME_MACRO 没有被定义，则编译以下代码
#endif
2.2.6.2.#if ！defined
#if !defined(SOME_MACRO)
// 如果 SOME_MACRO 没有被定义，则编译以下代码
#endif这也是检查是否没有定义某个宏的方法，但它使用了!defined操作符.
2.2.7 extern 变量声明
C 语言中 extern 可以置于变量或者函数前，以表示变量或者函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此变量和函数时在其他模块中寻找其定义。但注意，对于extern声明变量可以多次，但定义只有一次。
extern uint16_t speed_x; 字节=XX
半字=XXXX
字=XXXXXXXX
单片机内部的flash可擦除，常用于代码泄露保护
2.2.8 typedef 类型别名
typedef 用于为现有类型创建一个新的名字，或称为类型别名，用来简化变量的定义，例如C99标准中引入的头文件，定义了一组具有固定宽度的整数类型，包括有符号和无符号的8位、16位、32位和64位整数。这些类型分别命名为int8_t、int16_t、int32_t、int64_t（以及对应的无符号类型uint8_t、uint16_t、uint32_t、uint64_t）。在STM32F10x的标准库函数stm32f10x.h中又对这些数据类型进行了重新定义，代码如下：
typedef int32_t s32;
typedef int16_t s16;
typedef int8_t s8;
typedef uint32_t u32;
typedef uint16_t u16;
typedef uint8_t u8;typedef在 MDK 用得最多的就是定义结构体的类型别名和枚举类型了。
struct _GPIO
{
__IO uint32_t CRL;
__IO uint32_t CRH;
…
}; 定义了一个结构体 GPIO，这样我们定义结构体变量的方式为：
struct _GPIO gpiox; /* 定义结构体变量 gpiox */ 但是这样很繁琐，MDK中有很多这样的结构体变量需要定义。这里我们可以为结体定义一个别名GPIO_TypeDef，这样我们就可以在其他地方通过别名GPIO_TypeDef来定义结构体变量了，方法如下：
typedef struct
{
__IO uint32_t CRL;
__IO uint32_t CRH;
…
} GPIO_TypeDef; Typedef为结构体定义一个别名GPIO_TypeDef，这样我们可以通过GPIO_TypeDef来定义结构体变量：
GPIO_TypeDef gpiox;这里的 GPIO_TypeDef 就跟 struct _GPIO 是等同的作用了，但是 GPIO_TypeDef 使用起来方便很多。
2.2.9结构体
在C语言中，结构体（struct）是一种用户自定义的数据类型，它允许你将不同类型的数据项组合成一个单独的数据结构。结构体可以用来表示一个具有复杂属性的实体，比如一个人（具有姓名、年龄、性别等属性）或者一本书（具有书名、作者、出版日期等属性）。
2.2.9.1 结构体的声明和定义
/*声明结构体类型： */
struct 结构体名
{
成员列表;
}变量名列表； 你可以在声明结构体的时候直接创建结构体变量，也可以先定义结构体类型，然后再创建变量，如下面几种方式都是可以的：
// 直接定义并创建结构体变量
struct {
int age;
char name[50];
} person1;
// 直接定义并创建结构体变量
struct Person{
int age;
char name[50];
} person2;
// 先定义结构体类型，再创建变量
struct Person {
int age;
char name[50];
};
struct Person person3;2.2.9.2 结构体的声明和定义
要访问结构体变量的成员，你需要使用.运算符（对于结构体变量）或->运算符（对于指向结构体的指针）。
/*接前面章节2.2.9.1的示例代码*/
// 访问结构体变量的成员
person1.age = 25;
// 如果有一个指向结构体的指针
struct Person *ptr = &person2;
ptr->age = 30; 2.2.9.3 结构体的作用
在我们单片机程序开发过程中，经常会遇到要初始化一个外设比如串口，它的初始化状态是由几个属性来决定的，比如串口号，波特率，极性，以及模式。对于这种情况，在我们没有学习结构体的时候，我们一般的方法是：
void usart_init(uint8_t usartx, uiut32_t BaudRate, uint32_t Parity,
uint32_t Mode); 这种方式是有效的同时在一定场合是可取的。但是试想，如果有一天，我们希望往这个函数里面再传入一个/几个参数，那么势必我们需要修改这个函数的定义，重新加入新的入口参数，随着开发不断的增多，那么是不是我们就要不断的修改函数的定义呢？这是不是给我们开发带来很多的麻烦？那又怎样解决这种情况呢？
我们使用结构体参数，就可以在不改变入口参数的情况下，只需要改变结构体的成员变量就可以达到改变入口参数的目的。
结构体就是将多个变量组合为一个有机的整体，上面的函数usartx,BaudRate,Parity,Mode等这些参数，他们对于串口而言，是一个有机整体，都是来设置串口参数的，所以我们可以将他们通过定义一个结构体来组合在一个。MDK中是这样定义的：
typedef struct
{
uint32_t BaudRate;
uint32_t WordLength;
uint32_t StopBits;
uint32_t Parity;
uint32_t Mode;
uint32_t HwFlowCtl;
uint32_t OverSampling;
} UART_InitTypeDef; 这样，我们在初始化串口的时候入口参数就可以是 USART_InitTypeDef 类型的变量或者指针变量了，于是我们可以改为：
void usart_init(UART_InitTypeDef *huart);
这样，任何时候，我们只需要修改结构体成员变量，往结构体中间加入新的成员变量，而不需要修改函数定义就可以达到修改入口参数同样的目的了。这样的好处是不用修改任何函数定义就可以达到增加变量的目的。
在以后的开发过程中，如果你的变量定义过多，如果某几个变量是用来描述某一个对象，你可以考虑将这些变量定义在结构体中，这样也许可以提高你的代码的可读性。使用结构体组合参数，可以提高代码的可读性，不会觉得变量定义混乱。
2.2.9.4 结构体成员的内存分布与对齐
- 声明一个结构体类型的时候是没有为它分配任何存储空间的，只有在定义结构体变量的时候，才会为变量分配存储空间。
- 结构体中可以有不同的数据类型成员，成员在定义时依次存储在内存连续的空间中，结构体变量的首地址就是第一个成员的地址，内存偏移量就是各个成员相对于第一个成员地址的差（即，把低位内存分配给最先定义的变量）。
- 理论上，结构体所占用的存储空间是各个成员变量所占的存储空间之和，但是为了提高CPU的访问效率，采用了内存对齐方式：
- ①结构体的每一个成员起始地址必须是自身类型大小的整数倍，若不足，则不足部分用数据填充至所占内存的整数倍。
- ②结构体大小必须是结构体占用最大字节数成员的整数倍，这样在处理数组时可以保证每一项都边界对齐根据上面的说明，我们举例子分析如下：
struct test
{
char a;
int b;
float c;
double d;
}mytest; 这个结构体所占用的内存怎么算呢？理论结果为17，实际上并不是17，而是24。为什么会这样呢？这个就是前面我们说的内存对齐。
char型变量占1个字节（并不是4的倍数），所以它的起始地址是0。int类型占用4个字节，它的起始地址要求是4的整数倍数，那么内存地址1、2、3就需要被填充（被填充的内存不适于变量），b从4开始。float类型也是占用4个字节，起始地址要求是4的倍数，所以c的起始地址就是8。double类型变量占用8个字节，起始地址为16，12~15被填充。这里，第一个成员a的地址首地止，第二个成员b的偏移量为4，第三个成员c的偏移量是8，以此类推，是如下图所示：
2.2.10 关键字
在STM32的一些库函数头文件中，经常会看到如下代码， 表示将 volatile 或者 volatile const 来代替某一个符号。
#define __I volatile
#define __O volatile
#define __IO volatile
#define __IM volatile const
#define __OM volatile
#define __IOM volatile 2.2.10.1 volatile
volatile 表示强制编译器减少优化，告诉编译器必须每次去内存中取变量值。如果程序改变了内存里面的值，寄存器里的值却未改变，加了volatile可以告诉编译器去内存中取改变值，这样确保了数据的准确性，却降低了效率。
2.2.10.2 const
const称为常量限定符，限制变量只读。const修饰的变量存储在只读数据段，在程序结束时释放，而const局部变量存储在栈中，代码块结束时释放。用const定义变量时就要初始化该变量：
const int a = 1; 2.2.10.3 static
这个叫做静态变量，存储在全局区（也叫静态区），如果声明变量时使用未赋值，那么编译器就会自动赋初值为0。
在函数内被static声明的变量，仅能在本函数中使用，也叫静态局部变量。
在文件内（函数体外）被static声明的变量，仅能被本文件内的函数访问，不能被其他文件中的函数访问，也叫静态全局变量。
静态全局变量和普通的全局变量不同，静态全局变量仅限于本文件中使用，在其它文件中可以定义一个与静态全局变量名字相同的变量。普通的全局变量可以通过extern外部声明后被其他文件使用，也就是整个工程可见，而且其他文件不能再定义一个与普通全局变量名字相同的变量了。
局部静态变量
void func() {
static int count = 0; // 只在整个程序开始时初始化一次
count++;
printf("%d\n", count);
}全局静态变量
// file1.c
static int file_scope_var = 42; // 只能在file1.c中访问
// file2.c
extern int file_scope_var; // 错误：无法在其他文件中访问file_scope_var静态函数
当在文件级别使用static关键字声明一个函数时，该函数将具有内部链接，即它只能在其定义的文件内被调用。这提供了另一种封装机制，允许你隐藏函数的实现细节，只暴露需要被其他文件使用的函数。
// file1.c
static void internal_function() {
// ...
}
// file2.c
extern void internal_function(); // 错误：无法在其他文件中调用internal_function静态初始化：
指针
在STM32这样的嵌入式系统开发中，指针的使用与底层硬件的联系尤为密切。STM32库开发中，我们对寄存器进行了封装，将寄存器放入到结构体（如GPIOX）当中。通过指针，我们可以指向这些结构体的地址，从而访问和操作寄存器，完成对寄存器的配置。
STM32F1x系统架构及资源介绍
补充
什么是轮询？
https://blog.csdn.net/superSmart_Dong/article/details/134065816
微机原理入门
https://blog.csdn.net/2401_84247058/article/details/141968925
https://www.bilibili.com/read/cv18440288
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https://blog.csdn.net/ChineseSoftware/article/details/122533596
