一、STM32的內(nèi)核型號有哪些？

STM32系列是STMicroelectronics（意法半導(dǎo)體）生產(chǎn)的基于ARM Cortex-M內(nèi)核的微控制器產(chǎn)品線。這些產(chǎn)品按照不同的內(nèi)核架構(gòu)和性能特點分為了主流產(chǎn)品、超低功耗產(chǎn)品和高性能產(chǎn)品。

1.1 主流產(chǎn)品

• STM32F0 系列：搭載 ARM Cortex-M0 內(nèi)核。
• STM32F1 系列：搭載 ARM Cortex-M3 內(nèi)核。
• STM32F3 系列：搭載 ARM Cortex-M4 內(nèi)核，帶有FPU和DSP指令。

1.2 超低功耗產(chǎn)品

• STM32L0 系列：搭載 ARM Cortex-M0+ 內(nèi)核。
• STM32L1 系列：搭載 ARM Cortex-M3 內(nèi)核。
• STM32L4 和 STM32L4+ 系列：搭載 ARM Cortex-M4 內(nèi)核。

1.3 高性能產(chǎn)品

• STM32F2 系列：搭載 ARM Cortex-M3 內(nèi)核。
• STM32F4 系列：搭載 ARM Cortex-M4 內(nèi)核。
• STM32F7 系列：搭載 ARM Cortex-M7 內(nèi)核，提供更高的性能和更多的功能。
• STM32H7 系列：搭載 ARM Cortex-M7 內(nèi)核或雙核架構(gòu)（Cortex-M7與Cortex-M4）。

二、STM32主頻是多少，傳感器和單片機總線類型有哪些？

2.1 主頻

STM32微控制器的主頻由硬件和軟件編程決定。通常，外部晶振的頻率可以通過倍頻器來提高到所需的主頻水平。具體主頻值視系列和型號而定。

2.2 傳感器和單片機總線類型

STM32微控制器通常支持多種標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，包括：

• 單總線
• I2C（IIC）
• SPI
• RS485
• RS232

三、STM32F1和F4的區(qū)別？

特性	STM32F1系列	STM32F4系列
內(nèi)核類型	Cortex-M3	Cortex-M4
主頻	最高72MHz	最高168MHz
浮點運算	無浮點運算單元（FPU）	具有浮點運算單元（FPU）
功能性能	外設(shè)功能相對較簡單	外設(shè)更豐富、功能更強大
內(nèi)存大小	內(nèi)部SRAM最大64KB	內(nèi)部SRAM通常為192KB（112+64+16）

四、介紹STM32啟動過程？

1. 通過Boot引腳設(shè)置初始啟動地址：STM32的Boot引腳用于選擇啟動模式，這些模式可以是系統(tǒng)內(nèi)存、主閃存內(nèi)存或嵌入式SRAM。
2. 初始化棧指針（__initial_sp）：微控制器首先初始化棧指針，棧指針的初始值通常位于啟動時代碼的起始部分。
3. 指向復(fù)位處理程序（Reset_Handler）：微控制器跳轉(zhuǎn)到Reset_Handler，這是一個啟動函數(shù)，完成基本的硬件設(shè)置工作。
4. 設(shè)置異常和中斷處理程序：如HardFault_Handler，處理硬件失敗異常。
5. 設(shè)置系統(tǒng)時鐘（SystemInit）：在Reset_Handler中，調(diào)用SystemInit函數(shù)，配置微控制器的系統(tǒng)時鐘。
6. 調(diào)用C庫啟動例程（_main 或 main）：啟動代碼會調(diào)用C庫的初始化代碼，然后進(jìn)入main函數(shù)，這是用戶程序的入口點。

五、介紹一下GPIO？

STM32微控制器的GPIO（通用輸入/輸出）引腳可以配置為不同的工作模式，以便于它們可以用于不同的應(yīng)用。下面是STM32 GPIO的8種基本工作模式的說明：

序號	模式名稱	描述
1	GPIO_Mode_AIN	模擬輸入，用于讀取模擬信號，如傳感器輸出。
2	GPIO_Mode_IN_FLOATING	浮空輸入，高阻抗?fàn)顟B(tài)，不連接上拉或下拉電阻。
3	GPIO_Mode_IPD	下拉輸入，內(nèi)部連接下拉電阻，無高電平信號時輸出低電平。
4	GPIO_Mode_IPU	上拉輸入，內(nèi)部連接上拉電阻，無低電平信號時輸出高電平。
5	GPIO_Mode_Out_OD	開漏輸出，可輸出低電平，高電平需要外部上拉。
6	GPIO_Mode_Out_PP	推挽輸出，可以輸出高電平和低電平。
7	GPIO_Mode_AF_OD	復(fù)用開漏輸出，用于特定的外設(shè)復(fù)用功能，如I2C通訊。
8	GPIO_Mode_AF_PP	復(fù)用推挽輸出，用于特定的外設(shè)復(fù)用功能，如USART、TIM等。

六、UART串行通信方式介紹？

6.1 同步通信

1. I2C (Inter-Integrated Circuit) 半雙工：

   • I2C是一種串行通信總線，用于連接微控制器和外部設(shè)備。它使用兩根線（串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時鐘線SCL）進(jìn)行通信。

2. SPI (Serial Peripheral Interface) 全雙工：

   • SPI是一種串行通信協(xié)議，用于連接微控制器和外部設(shè)備。它通常使用四根線（MOSI、MISO、SCK、SS）。

6.2 異步通信

1. RS485 半雙工：

   • RS485是一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)，通常用于長距離通信和多點通信。

2. RS232 全雙工：

   • RS232是一種常見的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，也被稱為串口通信。

6.3 波特率

UART協(xié)議中的波特率（Baud Rate）是指數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?#xff0c;即每秒鐘傳輸?shù)谋忍財?shù)（bit/s）。波特率115200表示每秒鐘傳輸115200個比特。

七、串口如何配置？

7.1 串口時鐘使能，GPIO時鐘使能

首先需要使能串口和GPIO的時鐘，確保它們可以正常工作。這可以通過配置相應(yīng)的時鐘控制寄存器來實現(xiàn)。

7.2 串口復(fù)位

在初始化之前，對串口進(jìn)行復(fù)位操作，以確保其處于初始狀態(tài)。

7.3 GPIO端口模式設(shè)置

配置用于串口通信的GPIO引腳的工作模式。通常，TX引腳設(shè)置為復(fù)用推挽輸出模式，而RX引腳設(shè)置為浮空輸入模式。

7.4 串口參數(shù)初始化

初始化串口的參數(shù)，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗位和數(shù)據(jù)流控制等。

7.5 開啟中斷并初始化NVIC

如果需要使用中斷來處理串口接收或發(fā)送事件，則需要開啟中斷并初始化相應(yīng)的中斷向量控制器（NVIC）。

7.6 使能串口

啟用串口，使其可以開始工作。這通常涉及設(shè)置相應(yīng)的使能位或控制寄存器。

7.7 編寫中斷處理函數(shù)

如果使用了中斷，需要編寫相應(yīng)的中斷處理函數(shù)來處理串口接收或發(fā)送中斷事件。

九、I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號？

9.1 開始信號

在I2C總線通信中，開始信號表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。它由SCL（時鐘線）為高電平時，SDA（數(shù)據(jù)線）由高電平向低電平跳變而產(chǎn)生。

9.2 結(jié)束信號

結(jié)束信號表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束。它由SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變而產(chǎn)生。

9.3 應(yīng)答信號

在I2C通信中，接收器在接收到8位數(shù)據(jù)后，需要向發(fā)送器發(fā)送應(yīng)答信號，表示已經(jīng)成功接收數(shù)據(jù)。應(yīng)答信號是一個特定的低電平脈沖。

十、I2C配置主機模式端口該怎么配置？

10.1 硬件模式

在硬件模式下，使用了復(fù)用開漏輸出，這意味著輸出引腳既不上拉也不下拉，而是由外部電路控制。這種模式適用于快速模式，即400 Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

10.2 軟件模擬

在軟件模擬模式下，使用了開漏輸出。這意味著輸出引腳在低電平時輸出低電平，而在高電平時不輸出電平，這需要外部上拉電阻。這種模式適用于標(biāo)準(zhǔn)模式，即100 Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

10.3 硬件配置步驟

1. 啟用GPIO時鐘和I2C時鐘。
2. 配置GPIO引腳為復(fù)用開漏模式。
3. 初始化I2C參數(shù)，包括通信速度、地址模式和數(shù)據(jù)傳輸方向等。
4. 啟用I2C外設(shè)。

十一、什么是I2C仲裁機制？

I2C總線的仲裁機制是指在多主機環(huán)境中，多個主機同時嘗試占用總線進(jìn)行通信時，仲裁機制用于決定哪個主機可以優(yōu)先占用總線。具體實現(xiàn)方法如下：

1. 檢測總線狀態(tài)：每個主機在發(fā)送數(shù)據(jù)時，都會實時監(jiān)測SDA線的狀態(tài)。
2. 比較數(shù)據(jù)：如果一個主機發(fā)送了低電平，而另一個主機發(fā)送了高電平，發(fā)送高電平的主機就會認(rèn)為總線被占用，從而退出仲裁。
3. 勝者占總線：最終，發(fā)送低電平的主機繼續(xù)占用總線。

十二、SPI需要幾根線？

SPI通信需要以下四根線：

1. MOSI (Master Out Slave In)：主機輸出，設(shè)備輸入。
2. MISO (Master In Slave Out)：主機輸入，設(shè)備輸出。
3. SCK (Serial Clock)：串行時鐘線，由主機提供。
4. SS (Slave Select)：從設(shè)備選擇線，通常為低電平有效。

十三、SPI通信的四種模式？

SPI通信的四種模式取決于時鐘極性（CPOL）和時鐘相位（CPHA）：

1. 模式0：CPOL=0，CPHA=0。時鐘空閑狀態(tài)為低電平，數(shù)據(jù)在時鐘上升沿采樣。
2. 模式1：CPOL=0，CPHA=1。時鐘空閑狀態(tài)為低電平，數(shù)據(jù)在時鐘下降沿采樣。
3. 模式2：CPOL=1，CPHA=0。時鐘空閑狀態(tài)為高電平，數(shù)據(jù)在時鐘下降沿采樣。
4. 模式3：CPOL=1，CPHA=1。時鐘空閑狀態(tài)為高電平，數(shù)據(jù)在時鐘上升沿采樣。

十四、該如何確定使用哪種模式？

確定SPI通信模式的方法如下：

1. 查看設(shè)備手冊：大多數(shù)SPI設(shè)備會在數(shù)據(jù)手冊中指定所需的SPI模式。
2. 實驗驗證：在不確定的情況下，可以通過實驗來驗證哪種模式可以成功通信。

十五、描述一下中斷的處理流程？

1. 中斷發(fā)生：外部設(shè)備或內(nèi)部事件觸發(fā)中斷請求。
2. 中斷響應(yīng)：CPU響應(yīng)中斷請求，保存當(dāng)前執(zhí)行上下文（如程序計數(shù)器和狀態(tài)寄存器）。
3. 中斷向量跳轉(zhuǎn)：CPU跳轉(zhuǎn)到中斷向量表中對應(yīng)的中斷服務(wù)程序（ISR）。
4. 執(zhí)行ISR：執(zhí)行中斷服務(wù)程序，處理中斷事件。
5. 恢復(fù)執(zhí)行：ISR執(zhí)行完成后，恢復(fù)保存的上下文，返回中斷前的執(zhí)行點。

十六、STM32的中斷控制器支持多少個外部中斷？

STM32的嵌套向量中斷控制器（NVIC）支持最多240個外部中斷源，不同的STM32型號支持的中斷數(shù)量可能會有所不同。

十七、STM32有幾個時鐘源？

STM32微控制器通常有以下幾個時鐘源：

1. 內(nèi)部高速時鐘（HSI）
2. 內(nèi)部低速時鐘（LSI）
3. 外部高速時鐘（HSE）
4. 外部低速時鐘（LSE）
5. PLL（Phase-Locked Loop）時鐘

十八、RTOS的任務(wù)是怎么寫的？如何切出這個任務(wù)？

編寫RTOS任務(wù)的步驟

1. 定義任務(wù)函數(shù)：任務(wù)由函數(shù)實現(xiàn)，通常包括無限循環(huán)，在其中周期性地執(zhí)行任務(wù)代碼。
2. 創(chuàng)建任務(wù)：使用RTOS的API函數(shù)創(chuàng)建任務(wù)。這通常包括指定任務(wù)函數(shù)、任務(wù)優(yōu)先級、以及可能的任務(wù)堆棧大小。
3. 任務(wù)調(diào)度：RTOS的調(diào)度器負(fù)責(zé)管理多個任務(wù)的執(zhí)行時間和順序。任務(wù)可以基于優(yōu)先級或輪詢調(diào)度來進(jìn)行切換。

4. 任務(wù)函數(shù)示例

   這里是一個簡單的RTOS任務(wù)示例，使用FreeRTOS作為示例環(huán)境：

5. #include "FreeRTOS.h"
   #include "task.h"// 任務(wù)函數(shù)
   void vTaskFunction(void *pvParameters) {for (;;) {// 任務(wù)實際執(zhí)行的代碼// 可以包括讀取傳感器數(shù)據(jù)、更新狀態(tài)、發(fā)送消息等// 延時，讓出CPUvTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));}
   }// 創(chuàng)建任務(wù)
   int main(void) {xTaskCreate(vTaskFunction,          // 任務(wù)函數(shù)"Example Task",         // 任務(wù)名稱configMINIMAL_STACK_SIZE,  // 堆棧大小NULL,                   // 傳遞給任務(wù)的參數(shù)tskIDLE_PRIORITY + 1,   // 任務(wù)優(yōu)先級NULL                    // 任務(wù)句柄);// 啟動調(diào)度器vTaskStartScheduler();// 如果系統(tǒng)正常運行，不應(yīng)該到達(dá)這里for (;;);
   }
   

   任務(wù)切換機制

   任務(wù)的切換（Context Switching）是RTOS中的核心功能之一。當(dāng)一個任務(wù)處于等待狀態(tài)（例如等待時間延遲或等待資源），調(diào)度器會停止當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行，并保存其上下文（包括CPU寄存器等狀態(tài)），然后加載另一個就緒任務(wù)的上下文并執(zhí)行該任務(wù)。這種機制確保系統(tǒng)能夠高效地響應(yīng)實時事件。

   切換觸發(fā)情況：

6. 時間片輪轉(zhuǎn)：在固定時間片結(jié)束后切換到其他相同優(yōu)先級的任務(wù)。
7. 資源等待：當(dāng)任務(wù)等待系統(tǒng)資源（如信號量、消息隊列）時。
8. 任務(wù)優(yōu)先級：更高優(yōu)先級的任務(wù)就緒時，會搶占當(dāng)前低優(yōu)先級任務(wù)的執(zhí)行。

18.1 任務(wù)間切換

• 任務(wù)間切換：UCOS使用任務(wù)調(diào)度器來管理多個任務(wù)，每個任務(wù)有自己的優(yōu)先級。當(dāng)系統(tǒng)空閑或者當(dāng)前任務(wù)主動放棄CPU執(zhí)行權(quán)時，任務(wù)調(diào)度器會根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級決定下一個要執(zhí)行的任務(wù)。高優(yōu)先級任務(wù)會優(yōu)先執(zhí)行，低優(yōu)先級任務(wù)只有在沒有更高優(yōu)先級任務(wù)要執(zhí)行時才能獲得CPU執(zhí)行權(quán)。
• 硬件中斷：當(dāng)硬件中斷發(fā)生時，系統(tǒng)會保存當(dāng)前任務(wù)相關(guān)的變量（通常是通過將這些變量入棧），然后執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序執(zhí)行完成后，系統(tǒng)會將之前保存的任務(wù)相關(guān)變量出棧并返回到原來的任務(wù)執(zhí)行點。
• 任務(wù)間切換的觸發(fā)：為了確保低優(yōu)先級任務(wù)有機會執(zhí)行，高優(yōu)先級任務(wù)在一定條件下需要放棄CPU執(zhí)行權(quán)，讓任務(wù)調(diào)度器選擇其他任務(wù)執(zhí)行。這可以通過插入等待延時、阻塞等待事件等方式來實現(xiàn)。

uCOS的任務(wù)調(diào)度器會根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級和任務(wù)間的協(xié)作情況來決定任務(wù)的執(zhí)行順序，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性。

十九、uCOS-II中任務(wù)間的通信方式有哪幾種？

在uC/OS-II中，使用信號量、郵箱和消息隊列這些事件來實現(xiàn)任務(wù)間的通信是非常常見的。這些事件可以用于實現(xiàn)資源共享、任務(wù)同步和消息傳遞等功能。

19.1 信號量

• 用途：控制共享資源的使用權(quán)，標(biāo)志某事件的發(fā)生，使兩個任務(wù)的行為同步。
• 應(yīng)用實例：互斥信號量。初始化為1，用于保護(hù)共享資源，確保只有一個任務(wù)可以訪問該資源，從而避免沖突。

19.2 郵箱（消息郵箱）

• 概念：郵箱用于在任務(wù)之間傳遞消息，類似于一個緩沖區(qū)，任務(wù)可以將消息放入郵箱中，其他任務(wù)則可以從郵箱中獲取消息。
• 應(yīng)用場景：用于存儲外部事件、串口接收程序中的接收緩沖區(qū)等場景。

19.3 消息隊列

• 概念：消息隊列是多個郵箱的集合，任務(wù)和中斷可以將消息放入隊列中，任務(wù)可以按照先進(jìn)先出的順序獲取消息。
• 應(yīng)用場景：用于存儲多個任務(wù)產(chǎn)生的消息，確保消息按照先進(jìn)先出的順序被處理。

這些事件在uC/OS-II中扮演著重要的角色，幫助實現(xiàn)任務(wù)間的通信和協(xié)作，從而構(gòu)建出復(fù)雜的實時系統(tǒng)。通過合理地使用這些事件，可以提高系統(tǒng)的可靠性和實時性。

二十、uCOS-II和Linux的差異

μC/OS-II和Linux都適用于嵌入式系統(tǒng)，但它們有各自的特點和適用場景。

21.1 μC/OS-II

• 設(shè)計定位：專為嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點。
• 特點：最小內(nèi)核可編譯至2KB，適用于資源受限的嵌入式環(huán)境，可以在幾乎所有知名的CPU上進(jìn)行移植。
• 優(yōu)勢：針對嵌入式系統(tǒng)的需求進(jìn)行了優(yōu)化，運行效率更高，占用資源更少。

21.2 Linux

• 適用范圍：廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)以及家用機等各種場景。
• 特點：免費、安全、穩(wěn)定，具有開放源代碼的特性，可以靈活定制和修改。
• 優(yōu)勢：在服務(wù)器領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，如Red Hat Linux等發(fā)行版在服務(wù)器上使用廣泛，具有強大的社區(qū)支持和豐富的生態(tài)系統(tǒng)。

μC/OS-II更適用于對執(zhí)行效率和資源占用有嚴(yán)格要求的嵌入式系統(tǒng)，而Linux則更適用于需要廣泛應(yīng)用、靈活定制以及在服務(wù)器領(lǐng)域有較大市場份額的場景。

差異比較

特點	μC/OS-II	Linux
設(shè)計定位	專為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計	廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)等
內(nèi)核大小	最小內(nèi)核可編譯至2KB	內(nèi)核較大，常規(guī)內(nèi)核大小較大
運行效率	執(zhí)行效率高，占用空間小	在資源充足的系統(tǒng)上通常具有良好的性能
實時性能	實時性能優(yōu)良	實時性能取決于硬件和內(nèi)核配置
可擴展性	可擴展性強	具有較好的可擴展性
適用場景	資源受限的嵌入式系統(tǒng)	服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)、家用機等
社區(qū)支持和生態(tài)系統(tǒng)	社區(qū)支持較小，但有專門的嵌入式社區(qū)	強大的社區(qū)支持和豐富的生態(tài)系統(tǒng)

二十一、uCOS-II和uCOS-III與FreeRTOS比較

21.1 uC/OS-II vs. FreeRTOS

• 外延支持：uC/OS-II具有大量外延支持，如FS、USB、GUI、CAN等，而FreeRTOS只支持TCP/IP。
• 商業(yè)應(yīng)用費用：在商業(yè)上，FreeRTOS是免費應(yīng)用的，而uC/OS-II在商業(yè)上的應(yīng)用是需要付費的。
• 任務(wù)間通訊：FreeRTOS只支持隊列、信號量、互斥量，而uC/OS-II除此外還支持事件標(biāo)志組、郵箱。
• 任務(wù)管理數(shù)量：理論上講，FreeRTOS可以管理超過64個任務(wù)，而uC/OS-II只能管理64個。

21.2 uC/OS-II vs. μC/OS-III

• 優(yōu)先級管理：μC/OS-III允許幾個任務(wù)使用同一個優(yōu)先級，并且在同一個優(yōu)先級中支持時間片調(diào)度。
• 動態(tài)配置內(nèi)核資源：μC/OS-III允許在程序運行中動態(tài)配置實時操作系統(tǒng)內(nèi)核資源，避免了編譯過程中資源不夠分配的問題。
• 資源復(fù)用：μC/OS-III對資源復(fù)用做了改進(jìn)，不再受限于最大任務(wù)數(shù)，而是受限于RAM的可用量。
• 功能增加：μC/OS-III增加了許多功能，包括更多的任務(wù)管理、信號量、互斥型信號量、事件標(biāo)志、消息隊列、定時器等，這些功能在uC/OS-II中是沒有的。

比較總結(jié)

特點	uC/OS-II	FreeRTOS	μC/OS-III
外延支持	支持大量外延，如FS、USB、GUI、CAN等	僅支持TCP/IP	同樣支持大量外延，如FS、USB、GUI、CAN等
商業(yè)應(yīng)用費用	商業(yè)上需付費	商業(yè)上免費應(yīng)用	商業(yè)上需付費
任務(wù)間通訊	支持隊列、信號量、互斥量、事件標(biāo)志組、郵箱	僅支持隊列、信號量、互斥量	支持隊列、信號量、互斥量、事件標(biāo)志組、郵箱
任務(wù)管理數(shù)量	最多管理64個任務(wù)	理論上支持超過64個任務(wù)	理論上支持超過64個任務(wù)
優(yōu)先級管理	任務(wù)優(yōu)先級不能重復(fù)，不支持時間片調(diào)度	支持任務(wù)共享同一優(yōu)先級，支持時間片調(diào)度	支持任務(wù)共享同一優(yōu)先級，支持時間片調(diào)度
動態(tài)配置內(nèi)核資源	不支持	不支持	可在程序運行中動態(tài)配置內(nèi)核資源
資源復(fù)用	有限于最大任務(wù)數(shù)	不受限于最大任務(wù)數(shù)	不再受限于最大任務(wù)數(shù)
功能增加	功能相對較少	功能相對較少	增加了許多功能