单片机基础

MCU（Microcontroller Unit，微控制器），将CPU、内存（RAM/ROM）、外设（GPIO、UART、ADC等）集成在单一芯片上的微型计算机系统，专为嵌入式控制设计。例如：STM32（ARM Cortex-M）、ESP32（Wi-Fi/BLE）

SoC（System on Chip，片上系统），在单芯片上集成完整的系统功能，包括CPU、GPU、内存控制器、高速接口（USB/PCIe）、甚至AI加速器等，类似一台微型电脑。例如：高通骁龙、苹果A系列、华为麒麟

1. 芯片摘要

当我们拿到一款处理器时，或者说在芯片选型的过程中，我们需要对芯片的主要性能参数有一定的了解。这时候芯片手册是最重要的参考资料，我们可以快速的从中提取关键信息，来判断芯片是否符合我们的需求。

一般芯片厂商通常会提供以下几类文档（一般官网获取）：

• 《xx系列数据手册》 数据手册包含单片机的主要参数信息，如串口数量、引脚定义、电气特性等，是获取关键信息的首要资料。
• 《xx系列参考手册》 参考手册（有时称为硬件手册）详细描述了单片机的体系结构、寄存器、地址映射、电源管理、复位机制等，主要面向开发者。
• 《xx系列MCU开发工具用户手册》 该手册介绍开发工具和环境的使用方法，提供示例程序和操作说明，帮助开发者快速上手。
• 《xx系列勘误表》 勘误表列出了芯片已知的问题和修正建议，是开发和调试过程中不可忽视的参考资料。

通过芯片摘要，我们可以从数据手册中快速了解其主要特性和适用场景。

重点信息包括：

• 内核类型与主频：如 ARM Cortex-M4，最高主频200MHz。
• 存储资源：如512KB Flash，256KB SRAM。
• 外设接口：如多路UART、SPI、I2C、CAN、USB、ADC、DAC等。
• 引脚数量与封装形式：如LQFP100、LQFP64等，决定了可用I/O数量和布局。
• 电气特性：工作电压范围（如2.7V~3.6V）、I/O口驱动能力等。
• 功耗参数：如待机功耗、运行功耗，影响应用场景（低功耗/高性能）。
• 工作温度范围：如-40℃~85℃，决定是否适用于工业环境。

以华大 HC32F460 系列为例，数据手册摘要如下：

通过这些关键信息，可以初步判断该芯片是否满足项目需求，并为后续详细选型和开发打下基础。

2. AMR单片机启动流程分析

启动单片机机是我们的第一步。我们常用的单片机内核基本上都采用ARM架构，对AMR架构有一定的理解，也许有助于我们后续开发过程中问题的定位与分析？

咱也不过是拾人牙慧，只能浮于表面罢。

2.1 ARM架构

简单理解就是，ARM架构是芯片厂商基于ARM内核设计的CPU核。其中ARM内核负责执行指令，具体功能由芯片外设实现。芯片厂商在ARM内核外集成硬件模块（如GPIO、UART、ADC等），这些外设才是实际控制LED、串口通信、ADC采样的部分。我们需要通过寄存器编程或厂商提供的库函数（如STM32的HAL库）来操作这些外设，ARM内核只是帮我们运行这些代码。

待办_跳转链接

2.2 启动流程分析

这里是从网上抄来的ARM单片机（如 Cortex-M 系列）的典型启动流程：

上电复位：系统上电后，处理器复位，跳转到复位向量执行启动代码。 硬件初始化：初始化堆栈指针，设置程序计数器，禁用中断。 启动代码执行：启动代码完成基本的系统初始化，如内存初始化、堆栈指针设置、数据段和 BSS 段处理等。 系统时钟和外设初始化：设置系统时钟源，初始化关键外设，为主程序提供支持。 跳转到主程序：启动代码完成后，跳转到主程序（main()函数），开始执行用户代码。 中断处理与系统运行：系统在主程序中运行，处理器根据中断请求响应外部或内部事件。

此处参考[赤诚Xie]《MCU的启动到bootloader原理详解》¹

正如[作者B]所述：

“这里是引用的原文内容……” ——《文章标题》¹

graph TD
    A[开始] --> B{判断}
    B --> C[是]
    B --> D[否]
    C --> E[结束]
    D --> E

@startuml
left to right direction

actor 用户 as A
component  "测试工装线控器" as B
rectangle "测试工装板" as C
rectangle "待测主板" as D

A --> B
B <--> C  : 485通信
C --> D : 弹性顶针
@enduml

@startmindmap
+ <&flag>OS
++ Unix
++ Linux
++ MacOS
** Windows
*** Windows 95
*** Windows 98
*** Windows 7
*** Windows 8
*** Windows 10
++ FreeBSD
++ Other
@endmindmap

2. 时钟系统

3. 复位电路

4. 中断系统

5. GPIO复用

6. DMA控制器

低功耗模式

电源控制

flash编程

ESD和锁存保护

7. 其他常见基本外设

2. I/O口

I/O口既可用作输入，也可用作输出。

本质上单片机就是对I/O口的控制，无论单片机对外界进行何种控制，都是通过I/O口进行的。接受外部的控制，通过I/O来感受外部的电压。

1.1. I/O口结构

推完输出：可以直接输出高电平或低电平，无需外部上拉电阻。本质上由两个MOS管（PMOS和NMOS）组成，一个负责拉高，一个负责拉低。

开漏输出：依赖上拉电阻输出高电平，如果不接上拉电阻，就是高阻态。只有下拉NMOS管，无上拉PMOS管。高电平需依赖外部上拉电阻。

浮空输出：电平状态不确定，易受噪声干扰。输入引脚既不接上拉也不接下拉，处于高阻态（无驱动能力）。

PS:上拉电阻就是将不确定的信号通过一个电阻拉到高电平，同时此电阻起到一个限流的作用，下拉就是下拉到低电平。

常见问题&解决办法

单片机程序烧录过程中“串电压”问题

像JLink、STLink这类仿真器一般有提供供电引脚给单片机供电。但是仿真器和目标设备（如MCU开发板）分别独立供电时，两者之间的电源系统因电势差或共地问题导致的电压异常，轻则通信失败、重则器件烧毁。

解决办法：所以在程序烧录过程中需要注意电源供电问题，确保统一供电（优先使用目标板为仿真器供电，或关闭目标板电源，仅通过仿真器供电。 ）、或共地。

“ARM仿真器”问题

公司用的ARM仿真器，本来正常使用结果今天这个烧录器一直闪绿灯，我也识别不到JLink，看了下网上的说法，以为是驱动出问题了？尝试重新装了驱动，没有效果。最后换了一个仿真器，能够正常识别。

但是问题来了，重装驱动后，发现程序Keil烧录按钮灰掉了，并且设置JLink会弹出，不能加载JL2CM3.dll驱动！

尝试改了环境变量，无果。

参考 https://zhuanlan.zhihu.com/p/656208641 这篇文章解决。

解决方法：是由于装Jlink驱动的时候，勾选了JLinkARM.dll装进Keil MDK里面去了导致。可以下载老版的Keil，把“Keil安装目录\ARM\Segger”里的库都替换。但是我发现网上下载下来的JLink库太老了，找不到我现在用的芯片，于是直接从新版JLink，找到对应的库替换进去，解决。

不过JLink提示更新的弹窗，更新了就不弹了。

参考资料