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单片机 指令集 和 操作系统的关系

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1、首先讨论各种单片机与操作系统的关系

说到单片机，大家第一时间想到的应该是51单片机，对吧。不错，更高级一点的AVR，把他称为单片机，我们也还觉得可以接受。那么再高级一点的ARM7，8086，80386，Core i3，Athlon 等等我们更习惯称他们为CPU，因为学习计算机原理的时候都是这么叫的，但按照单片机的定义，他们也是归属于单片机。这也不怪大家，中国的教育都是这样，只注重告诉你是什么，而不告诉你他们之间的联系。上述几种单片机或者芯片（如果你还是觉得把core i3叫做单片机你不习惯的话）在原理上都是一样，即都是有运算器 控制器 寄存器构成的，不同之处在于它们的硬件电路实现不同，个数不同，功耗不同，计算能力不同，但都提供相同的基本功。OK，终于让cpu找到了组织，那么就介绍为什么有的单片机要操作系统，有的在我们学习的过程中压根就跟操作系统不挨边。

51/AVR单片机 在学习他们的时候，都是先介绍它们有哪些资源——有几个寄存器，有几个时钟等，然后就是怎么用汇编，用C或者是C与汇编混合编程。这里我们用的语言都是可以直接操作硬件资源的，因此我们可以自己决定什么时候使用哪个寄存器，什么时候将寄存器内容写到辅存储器中。

arm系列contex的a，r，m的区别

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从cortex开始，分为三个系列，a系列，r系列，m系列。

m系列与arm7相似，不能跑操作系统（只能跑ucos2），偏向于控制方面，说白了就是一个高级的单片机。

a系列主要应用在人机互动要求较高的场合，比如pda，手机，平板电脑等。a系列类似于cpu，与arm9和arm11相对应，都是可以跑草错系统的。linux等。

r系列，是实时控制。主要应用在对实时性要求高的场合。

arm7和m3，m4是同一类型。这三个里面，arm7是最早的arm产品。m3是cortex m系列的过渡品，其低端市场被cortex m0的高端替代， 其高端市场又被cortex m4的低端取代。现在m系列，是m4内核的。典型的芯片是st公司和飞思卡尔公司的。

arm9 和cortex a8 是一个类型的，都是跑操作系统的，现在的高端手机，三星，htc等智能手机，就是用的cortex a8，cortex a9 内核的芯片作为cpu。

(1)ARM7,ARM9属于v4T或v5E架构
(2)ARM11属于v6架构
(3)Contex属于v7架构

ARM7、ARM9的区别在于是否有MMU(存储器管理单元)或MPU(存储器保护单元)

三极管工作原理

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三极管在我们数字电路和模拟电路中都有大量的应用，在我们开发板上也用了多个三极管。在我们板子上的 LED 小灯部分，就有这个三极管的应用了，下图的 LED 电路中的 Q16就是一个 PNP 型的三极管。

三极管工作原理

三极管的初步认识

三极管是一种很常用的控制和驱动器件，常用的三极管根据材料分有硅管和锗管两种，原理相同，压降略有不同，硅管用的较普遍，而锗管应用较少，本课程就用硅管的参数来进行讲解。三极管有 2 种类型，分别是 PNP 型和 NPN 型。先来认识一下，如下图

总线的两种数据传递形式：PIO、DMA

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总线上的数据的传递有两种形式。一种为程控输入/输出（PIO）另一种为直接存储器访问（DMA）。

1、PIO

使用PIO时，CPU是主模块，总线上数据的读取由CPU上运行的软件程序直接发起，传递的数据一定进过CPU（如下面的一、二所述）。

一、软件指令或者将已经存放在CPU数据寄存器中的数据发送到目标被控模块；

二、或者将目标被控模块里的一个数据读入，放到CPU的数据寄存器中。

例如：需要将数据从模块A---转移到----模块B，软件将这个任务分解为两个PIO操作：

第一步：从模块A读取数据，并存放到CPU的数据寄存器中；

第二步：将存放在CPU数据寄存器中的数据写入到模块B。

由于链接芯片与芯片之间的系统总线的时钟频率比CPU内部的时钟频率要低许多，用PIO读写大量的数据是一种非常低效的方式占用CPU的处理能力。所以需要利用专门的硬件来协助执行，在芯片与芯片之间或者模块与模块之间数据传输。这就是DMA。

2、DMA

单片机小白学步(14) 点亮第一个LED的程序分析

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本篇我们将分析上一篇所写的程序代码。未来学习单片机的大部分精力，我们也将放在程序代码的编写上。但是不用担心，我会非常详细的介绍每个程序的编写思路和各种注意事项等。

之前我们写的程序如下：

#include
sbit LED = P1^0;

void main()
{
LED = 0;
while(1);
}

头文件

第一行包含头文件，这个和C语言编写HelloWorld时的#include 一样。头文件reg52.h中定义了单片机的一些寄存器，如P0~P3等。至于什么是寄存器，将在原理篇中具体介绍，现在我们只要把它想象成C语言中常说的内存就好了。有兴趣的读者可以右击reg52.h打开头文件看一看。

C51的变量类型

数据总线, 地址总线, 控制总线详解

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地址总线

地址总线（Address Bus）是一种计算机总线，是CPU或有DMA能力的单元，用来沟通这些单元想要访问（读取/写入）计算机内存组件/地方的物理地址。它是单向的，只能从CPU传向外部存储器或I/O端口，地址总线上使得地址的64线路处于开合状态下，在该状态下，对应地址里面的数据可以获取或者存入

控制总线

控制总线，英文名称：ControlBus，简称：CB。控制总线主要用来传送控制信号和时序信号。控制信号中，有的是微处理器送往存储器和输入输出设备接口电路的，如读/写信号，片选信号、中断响应信号等；也有是其它部件反馈给CPU的

数据总线

数据总线数据总线是CPU与存储器、CPU与I/O接口设备之间传送数据信息(各种指令数据信息)的总线，这些信号通过数据总线往返于CPU与存储器、CPU与I/O接口设备之间，因此，数据总线上的信息是双向传输的。

来源：网络

为什么单片机管脚设计成低电平才有效？

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它是由常用的电路结构所决定的，低电平时电路往往有较高电平时更低的环路阻抗，而低阻抗则意味着抗干扰能力更强。

结合实际讲一个有用的例子来加深印象：

有的同学可能已经学习了这样的一条PCB布线规则-----在条件许可的情况下，高电平有效线要尽量缩短，低电平有效的线则尽量延长----这一条规则的存在基础就是基于低电平时环路阻抗比较低，抗干扰能力比较强才起来的。

如OC或OD电路要控制一个电平就是通过它这个开关的通断来实现的。

有在上拉电阻的情况下，开关接通，得低电平；开关切断，得高电平。这样，为了防止电路失控的情况下仍然是有效电平，那么当然是低电平有效才更“保险”了。结构上，象OC电路那样，由于集电极更难击穿，所以，也更不容易损坏。

对于其它图腾柱输出的电路,虽然0和1都有同样的风险，但应用中还是有人愿意加一个上拉电阻，以取得类似OC或OD输出的效果。至于为什么不采用下拉电阻而用上拉电阻，大家也可以分析一下。

另一个方面是OC或OD输出的电路，使用上拉电阻后具有节能的效果。因为关断后它是具有获得高电平时的电流几乎为0。

STM8S的几种低功耗模式

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STM8S105的低功耗模式总的来说有四种：分别是等待模式，停机模式，快速活跃停机模式和慢速活跃停机模式

1、等待模式：

可执行指令wif()进入等待模式，该模式下主CPU停止工作，但其外设不停，严格来说只能算是降低功耗而不能算低功耗，该模式可由AMU或外部中断唤醒

2、停机模式：

可执行指令half()进入停机模式，该模式下主cpu和外设全部停止，达到最低功耗，只能由外部中断进行唤醒。

3、快速活跃停机模式：

在执行指令half()之前，如果你使能了AMU功能，则进入快速活跃停机模式，该模式下由于主电压调节器打开，在受到AMU或外部中断触发时，可快速唤醒。

4、慢速活跃停机模式：

在快速活跃停机模式下，如果设置内部时钟寄存器CLK_ICKR的REGAH位清零。则进入慢速活跃停机模式，该模式主电压调节器关闭，MCU内核由低功耗电压调节器(LPVR)供电，唤醒时间相对较长。

关于IO模拟时序（SPI)的注意事项

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原则：有硬件I2C、SPI时尽量用硬件操作，省去IO模拟繁琐的时序调试。但在内部资源不够时就要用IO模拟总线了。

关于短延时：

模拟时序时是否需要延时要看MCU与device的相对速度。比如I2C如果400K的速率和MCU动辄几十M的速率不再一个量级，肯定要通过延时调整时序；但对于SPI因为其速度很高，甚至有的比单片机的速度还高，这时就没必要延时了。

关于IO模拟的收发函数是否要合并成一个：

对于SPI因为是全双工，所以可以分开，当然也可以合并成一个（发送时不需要返回值，而接收时此时参数是要发送的数据，返回值是要读的值）

关于在什么跳变沿操作：

比如芯片手册中说到在上升沿采样/锁定（也就是在搞定平之后值必须稳定），那么单个位bit的收发都应该在0->1之间进行操作。

关于时钟极性和时钟相位：

STM32中AHB总线、APB2总线、APB1总线这些是什么?

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一直不明白有STM32中AHB总线、APB2总线、APB1总线这些是是什么??

所谓地址映射，就是将芯片上的存储器 甚至I/O等资源与地址建立一一对应的关系。如果某地址

对应着某寄存器，我们就可以运用C语言的指针来寻址并修改这个地址上的内容，从而实现修改该寄存器的内容。

正是因为头文件中有了对于各种寄存器和I/O端口的地址映射，我们才可以在51单片机

程序中方便地使用P2^0 =0xFF; TMOD =0xFF等赋值句子对寄存器进行配置，从而控制单片机。

其实地址总线就是就是用来存放地址的，Cortex-M3的地址映射也是类似的，Cortex-M3有32根地址线，所以它的寻址空间大小为2^32

bit=4GB。(这里什么32跟地址线不需要去纠结了，只要知道配置成了4G的地址就行)

然后APB2总线就是指特定的一段地址，如：0x4001 0000—XXXX

拓展：

计算机硬件设备有传输数据和地址的线路，有的计算机数据线和地址线是公用的，就要采用分时处理的方式，有的计算机实际地址线路数少于集成电路的地址线路数，就要采用分段寻址的方式。

因为要共用，所以叫总线(bus)有数据总线和地址总线。

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