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⭐

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| 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⭐⭐

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| 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⭐⭐⭐⭐

复制代码

#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
  }
}