ARM开发——阶段问题综述（二）

第一部分：中断系统

1. 什么是中断？

中断是计算机系统中一种由硬件或软件触发的、异步的事件处理机制 。当系统内部或外部发生某个需要处理器立即关注的事件（如按键按下、数据到达、定时器溢出）时，会向CPU发送一个信号。CPU会暂停当前正在执行的程序，保存当前状态，转而去执行一个与该事件对应的特定服务程序（中断服务例程，ISR）。执行完毕后，再恢复原先被暂停的程序继续运行。

核心价值 ：解决处理器高效轮询（Polling）外设状态造成的资源浪费问题，实现事件驱动的实时响应。

2. 中断的处理流程是什么？

一个完整的中断处理过程遵循一个标准化的硬件与软件协作流程：

中断请求：中断源（如外设）产生中断信号（IRQ），并置位相应的中断标志位。
中断响应：CPU在每条指令执行结束时，检查是否有未被屏蔽且优先级最高的中断请求。
现场保护 ：若有合法中断请求，CPU会自动将关键寄存器（如PC程序计数器、状态寄存器等）的值压入堆栈，保存被中断任务的现场。
中断源识别 ：CPU通过中断向量表（一个存储了各ISR入口地址的数组）跳转到对应中断源的服务程序入口。
中断服务 ：执行中断服务例程，完成事件处理（如读取数据、清除标志位）。
现场恢复：ISR执行完毕后，从堆栈中恢复之前保存的寄存器值。
中断返回：CPU执行一条特殊的"中断返回"指令，将程序计数器（PC）恢复到被中断指令的下一条指令，程序继续执行。

第二部分：时钟系统

在时钟树中，各组件共同作用以生成、分配和控制系统所需的各种时钟信号。

锁相环 ：核心的频率合成器。其作用是将一个低频、稳定的参考时钟（如外部晶振）倍频，生成一个高频、稳定的系统主时钟。它是提升系统运行速度的关键。
预分频器 ：位于时钟路径前端，用于对输入时钟进行整数分频，以降低频率，为PLL或其他模块提供合适的输入参考频率。
相位分数分频器 ：一种更精细的分频器。它能实现非整数的分频比（如N.5），用于生成那些频率不是参考时钟整数倍的精确时钟，满足特定外设的时序要求。
多路选择器 ：时钟路径上的"开关"。用于在多个时钟源（如PLL输出、外部时钟、内部RC振荡器等）之间进行动态切换，以实现时钟源选择 、低功耗模式切换（切换到低速时钟）等功能。
CG门 ：时钟门控单元。其作用是根据模块的工作状态，动态地开启或关闭 通向该模块的时钟信号。这是现代芯片实现低功耗设计的核心技术之一。当模块空闲时，关闭其时钟以消除动态功耗。

总结关系 ：PLL 是发动机，负责升频；分频器 是变速箱，负责调整频率；MUX 是换挡杆，负责选择信号源；CG门 是智能启停开关，负责按需供电（时钟），以节省能源。

第三部分：通信基础

1. 通信模式（根据数据流向）

单工通信 ：数据只能在一个方向上传输，且方向固定。例如：广播、电视。
半双工通信 ：数据可以在两个方向上传输，但同一时刻只能进行一个方向的传输。需要"对讲机"式的切换。例如：对讲机、传统的RS-485总线。
全双工通信 ：数据可以同时在两个方向上独立传输。双方可以同时发送和接收。例如：电话、UART的"发送"和"接收"线独立工作时、以太网。

2. 数据传输方式

串行通信 ：数据位在单条线路上按时间顺序逐位传输。优点：节省I/O口和线缆，抗干扰能力强，适合长距离。缺点：相对并行通信速度慢。
并行通信 ：数据的多个位在多条并行的线路上同时传输。优点：理论传输速度快。缺点：需要大量线缆，引脚多，成本高，各线路间易产生干扰和时序不同步，不适合长距离。现代芯片内部总线多用并行，外部接口多转向高速串行。

3. 时钟同步方式

异步通信 ：通信双方没有统一的时钟信号 。依靠起始位 和停止位 来界定一个字符数据的开始和结束。双方需事先约定相同的波特率（每秒传输的比特数）。数据传输是间断的、以字符为单位。例如：UART。
同步通信 ：通信双方在同一个时钟信号的控制下进行数据传输。这个时钟信号可以单独一根线传输，也可以编码在数据流中（如曼彻斯特编码）。数据传输是连续的、以数据块（帧）为单位，效率更高。例如：SPI、I2C、USB、以太网。

4. 串口通信的属性归类

通常所说的"串口"特指 UART/USART 通信，它属于：

串行通信
异步通信
在物理上使用独立的TX（发送）和RX（接收）线时，可以实现全双工 。若共用一条数据线（如单总线），则为半双工。

5. 串口通信的电平标准

串口通信的逻辑"1"和"0"在物理线路上有不同的电平表达方式：

TTL/CMOS电平：
- 逻辑 1：高电平（如+3.3V或+5V）。
- 逻辑 0：低电平（0V）。
- 应用：芯片间、板卡间的短距离通信（通常小于1米）。
RS-232标准：
- 逻辑 1：负电压（-3V至-15V，典型-12V）。
- 逻辑 0：正电压（+3V至+15V，典型+12V）。
- 特点：使用正负电压，抗干扰能力更强，传输距离更远（可达15米）。需要通过"电平转换芯片"（如MAX232）与TTL电平相互转换。
RS-485标准：
- 采用差分信号传输。
- 逻辑 1：A线电压比B线高（差值大于+200mV）。
- 逻辑 0：B线电压比A线高（差值小于-200mV）。
- 特点：抗共模干扰能力极强，支持长距离（可达1200米）和多点通信（总线型网络），通常用于工业环境。