1.1 概述章-CPU架构

• 99%的手机50%的CPU都是基于ARM的。只卖架构知识产权IP
• 里面有Cortex-A（手机常用）
• Cortex-R（用的少）
• Cortex-M（低功耗）内核架构设计：
• 指令集：指令集（ISA）就是 CPU 能懂的全部"单词"的集合——软件用这些单词写程序，CPU 按这些单词干活
• Cortex-M是Thumb指令集，在上面跑ARM指令集会出问题。Thumb 是 ARM 指令集的"压缩版"——每条指令从 32 位缩到 16 位，牺牲了部分功能，但大幅节省 Flash 空间。Thumb-2 又加回了 32 位指令，形成了现在的 16/32 位混合模式。
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• STM32F103这次不讲外设的应用，讲内核操作系统应用。
• M3核移植到M7核是省事的，高版本兼容低版本
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2.1 编译章 编译工具链

• 以前我们都是通过集成开发环境IDE进行一键编译，会忽略很多细节。
• 编译工具链常见：ARM公司自研发的keil5（收费），GCC（GNU）STM公司的cubeMX
•  GNU 编译器套件，你把 C 代码丢给它，它产出机器码。
• C语言编译器有一个也叫gcc，注意区分
•  STM32CubeIDE叫集成开发环境，是GCC编译工具链（将.c文件转换成机器码可执行文件）+cubeMX（生成.c文件）

2.2 写一段最简单的程序

• 先创建.s（GCC）文件。去模拟int a=1;语句的汇编（汇编效率最高和CPU直接对话）
• 为什么不用汇编语言？可移植性封装性都不如高级语言
• 根据汇编手册去对照编译出.o文件（二进制中间文件），通过链接过后的才是可执行文件
• 通过hex转换成.hex文件可以更清晰看见可执行文件的结果。
• 烧录：把编译好的机器码二进制数据写到CPU存储器中。方式：USB，蓝牙，WIFI后2者是无线通讯方式，专业术语叫OTA升级

2.3 反汇编

图增加了一些细节：

• 反汇编：逆向的过程，把已经转换的机器码转换为汇编代码。.s到.o文件是把汇编代码转为机器码。
• 反汇编作用：将商品的机器码获取出来，然后反汇编为汇编代码，可以看见主要的算法逻辑
• 工具：反汇编器(有命令)将.bin文件转成.s。.hex也可反汇编 ，.o以及.elf都可以反汇编
• .elf 是裸机/Linux 的可执行文件，.exe 是 Windows 的可执行文件（不可写进MCU）。
• 高级语言.c到.s汇编文件，但是可以将汇编代码转为C语言吗？不是很好的效果。

启动流程

• 我们写的程序是怎么开始执行的呢？STM32怎么启动的
• 程序计数器PC从中断向量表的第二项获取初始值
• 初始化中断向量表：初始化堆栈指针 MSP，PC程序计数器：PC 寄存器里永远存着下一条即将被 CPU 取指执行的指令的内存地址。从0地址处启动

伪代码：

• GNU 伪操作是你写在 .s 文件里让汇编器执行的命令
• GNU 伪操作 = 以 . 开头的指令，不是给 CPU 看的，是给汇编器看的。

STM32启动原理

• 芯片用户可以根据实际需求来选择启动方式，通过映射到0地址处。ARM公司只是提供了从0地址处开始启动STM32

Id链接脚本

• 链接脚本 = 告诉链接器「哪个节区往哪放」的地图

CPU寄存器

• 寄存器CPU内部，存储器CPU外部，存储器比寄存器慢4个指令周期左右
• SMP多核处理器，一个核就有一组寄存器
• R13：SP堆栈指针
• R14：LR链接寄存器
• R15：PC程序计数寄存器
• R0-R12：通用寄存器
• 一般自己写寄存器汇编代码，都是在基础寄存器上面写，因为一些指令无法在特殊寄存器上面生效
• 我们的汇编指令叫GNU（另一个对比就是ARM汇编指令）

PC寄存器R15

• CPU执行程序的本质就是靠PC寄存器不断的更新，更新频率由时钟决定

SP堆栈指针寄存器R13

• 堆栈指针 SP 就是 CPU 用来记"当前栈顶在哪"的寄存器——PUSH 时它递减，POP 时它递增，始终指向栈上最新存的数据
• push递减是因为是向下计数，POP取（读）数据

LR链接寄存器R14

• CPU 自动帮你记"这个函数执行完了跳回哪"的专用寄存器。
• 还有一个重要作用：记录异常返回值

存储系统&嵌入式编程的本质

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• 右边不是CPU存储系统，是存储器介质设备，通过通讯外设进行与CPU连接
• 嵌入式编程的本质：嵌入式编程本质上就是在操作存储器地址空间单元。每一条 C 语句最终都溯源到汇编，所以 STM32 编程 = 查手册找地址 → 往地址写值 → 硬件就按你的设定工作。 HAL 库只是把这一层封装了，让你不用记地址。

读写存储器

• ++i和i++谁的效率高：没有编译优化下不一定，有加编译优化下一般是等效率的
• 电压钳位电路：把I/O输入控制在VDD和VSS之间，大于VDD上面就导通，小于VSS下面就导通，想中间过去只能满足在VDD和VSS之间。
• 嵌入式编程就是在读写存储器

中断的本质

• 抢占型调度机制

程序崩溃的本质

• 程序崩溃的本质 = CPU 执行了它无法理解的指令或访问了不该碰的地址，触发了硬件级的异常捕获机制

高阶调试专题

• int a=1;其中a放在内存，左值可读可写，掉电丢失，1右值只能读，放在flash中，掉电不丢失
• 内存控制器是厂家定义的
• CPU里面有专门做计算的ALU（计算电路模块），寄存器叫存储电路模块

韦东山

调试专题

• 在Keil5里面点击调试，会自动帮我们下载好程序，故需要先进行连接板子
• ST-Link 核心价值是 下载 + 调试，其中调试（断点/单步/看变量）是它的不可替代价值——串口下载做不到。走SWD调试。Debug模式必须要连接ST-Link
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• Ctrl+B可以去掉所有断点，也可以选择在断点处运行多少次
• Step Out（步出，快捷键 Shift+F8）
  作用：如果你已经进入了某个函数内部，按这个按钮会一次性执行完当前函数剩下的所有代码，然后自动跳回到 “调用这个函数的那一行” 的下一行。比如你不小心按 F7 进到了 HAL 库的长函数里，或者你看完了函数前半段逻辑确认没问题，想快速退回到主循环里，就按 Shift+F8 直接跳出当前函数

ARM架构

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• volatile主要是优化作用，编译器看你没用这个变量或者函数，就会优化掉变成一个空函数。导致一些问题
• SP 的"值"是一个内存地址；而这个地址"处"存的是栈顶数据。 地址处我们去查找RAM对应的存储单元
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• 第一条：变了就乱套了，后续程序都出错
• 第二条：那么其他寄存器，由谁来保证不变呢？
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• 上张截图是从LR寄存器的二进制位数得到
• Cortex-M3 内核没有 FPU，不支持硬浮点
• 栈存在RAM里面。
• 寄存器里存的是"32 位的值"（4字节）——可能是数字、地址、字符、状态标志，CPU 不关心它是什么类型，代码说它是啥就是啥。
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• STMFD = 一次把多个寄存器按顺序压进栈，类似于PUSH，举例：STMFD SP!, {R4-R11, LR}顺序：编号小的寄存器存低地址；LR 被压进栈里备用，!SP = 压完更新 SP
• 关于无调式器打印出来的东西：自己创建一个内存空间做打印栈，然后自己写汇编代码让软件存入其他寄存器（相比栈帧的寄存器）
• 怎么知道我们程序崩溃呢？调试全速运行然后跳转到handle函数
• 首先看PC地址，如果搜素不到，或者乱七八糟就看LR寄存器的值，就找到崩溃在哪个函数里面
• 疑似LR判断条件：
• core 文件 = 程序死机瞬间的"现场快照"，把崩溃那一刻的寄存器、栈、内存全部存下来，事后离线分析。
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• GDB又是啥？GDB 和 Keil 调试是同一个东西的两个形态
• GDB = GNU Debugger，Linux 世界的"Keil 调试器"——只是它没有图形界面，全靠敲命令。你学的东西它全能干，还多一个绝活：离线分析 core 文件。

C语言