硬件基础知识

驱动开发分为：裸机驱动、linux驱动

嵌入式：以计算机技术为基础，软硬结合的、可移植、可剪裁的专用计算机

单片机最小单元：vcc gnd reset 晶振

cpu --- soc :system on chip 片上外设

所有的程序都是在soc（cpu）中运行的

SOC：System on Chip的缩写，指的是系统级芯片，也称为片上系统。它是一种集成电路，集成了多个具有特定功能的电路，如处理器、存储器、传感器等，在一个单一的芯片上实现复杂系统的功能。SOC技术始于20世纪90年代中期，随着半导体工艺技术的发展，设计者能够在单个芯片上集成越来越多的功能，从而实现系统的小型化、性能提升和成本降低

kernel:

X86(桌面)：CISC complex instruction set computer 复杂指令集电脑

ARM：低功耗，低体积，低成本：RISC reduces：精简的指令集

外设：GPIO、UART、I2C、WDT、LCD

在soc内部，放的都是这些外设的控制器，受kernel控制

APB：advance peripheral bus：高级外设总线

主要用于连接低带宽的外围设备，如UART、I2C和SPI等

APB总线特点：

1. 低功耗和低复杂度，适用于不需要高性能总线的外围设备。
2. 非流水线结构，所有信号仅与时钟上升沿相关，简化了外围设备的设计流程。
3. 每个传输至少需要两个时钟周期，不支持突发传输（Burst transfer）和流水线操作（Pipeline operation）。
4. 控制逻辑简单，只有四个主要控制信号：PSEL（外设选择）、PENABLE（使能）、PWRITE（读写控制）、PREADY（准备好信号）。
5. APB桥是APB总线中唯一的主设备，其他所有设备都是从设备。

AHB：高级高速总线

用于连接高性能模块，如CPU、DMA和DSP等。AHB总线支持突发传输和流水线操作，能够实现高带宽和低延迟的数据传输，适用于需要高性能总线的系统模块。

AHB总线特点：

1. 高性能和高时钟频率操作。
2. 支持流水线和突发操作。
3. 支持多主机操作，但后续版本如AHB-lite和AHB5中不再支持多主机，而是通过添加Multi-layer interconnect组件实现多主机功能。
4. 支持数据宽度可配置，常见的有32位、64位、128位等。
5. 包含三种角色：Manager、interconnects和Subordinate，其中Manager负责发起传输，Subordinate负责响应，interconnects负责连接

kernel：

ALU：算术逻辑单元

R0~R15：通用寄存器

计算机的指令集

1.CPU的指令集其实就是对计算机实时控制和计算的指令集和

2.分为复杂指令集和精简指令集

3.RISC：

  CISC：

  PC：程序计数

  LR：链接寄存器，在硬件上实现函数调用

  SP：堆栈指针

cache：高速缓存

I cache：指令缓存，存储最近使用过的指令，以便CPU能够快速访问和执行这些指令

D cache ：数据缓存，存储频繁访问的数据，减少处理器访问主内存的次数，提高数据访问速度和整体系统性能

计算机架构

冯诺依曼架构：数据、指令 ran 在一起

1. 五大部件组成：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。

2. 存储程序原理：程序和数据存放在同一存储器中，并且没有对两者加以区分，指令和数据一样可以送到运算器进行运算。

3. 二进制运算：指令和数据均以二进制编码表示，采用二进制运算。

4. 指令结构：指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的类型，地址码用来表示操作数和操作结果的地址。

5. 顺序执行：指令在存储器中按其执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的存储单元的地址。一般情况下，每执行完一条指令，指令计数器顺序递增。

6. 运算器中心：机器以运算器为中心，输入/输出设备与存储器之间的数据传送都通过运算器。

哈佛结构：指令存储和数据存储完全分开，指令和数据各自拥有独立的存储器和总线

1. 双存储器结构：拥有两个独立的存储器，一个用于存储指令，另一个用于存储数据。
2. 并行处理能力：由于指令和数据可以被同时访问，哈佛架构支持并行处理，这在需要高速数据访问的应用中非常有用。
3. 独立的总线：指令总线和数据总线是分开的，允许CPU同时在两个总线上进行操作。
4. 适合嵌入式系统：哈佛架构常用于嵌入式系统和数字信号处理器（DSP），因为这些系统需要快速且高效的数据处理能力。
5. 固定的指令长度：哈佛架构通常具有固定长度的指令，这简化了指令的获取和处理过程。
6. 高效的内存使用：由于数据和指令存储器可以独立优化，哈佛架构能够更有效地使用内存。

MMU：内存管理单元

负责管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责将虚拟地址映射为物理地址

MMU的主要功能包括：

1. 地址转换：将虚拟地址转换为物理地址，使得操作系统可以为每个进程提供独立的虚拟地址空间。

2. 内存访问授权：提供硬件机制的内存访问授权，确保内存访问的安全性和可靠性。

3. 缓存管理：一些高级的MMU还支持缓存管理功能，如TLB（Translation Lookaside Buffer，转换旁路缓冲），以提高内存访问速度

NXP：恩智浦

STM：意法半导体

Atmel：

典型的SOC处理器

8051

DSP

MIPS

PPC

ARM

RISC V

CPU：中央处理单元.负责执行算术和逻辑运算、控制数据流以及管理计算机系统中的其他硬件和软件。

MCU：微控制器单元。集成了处理器核心、存储器和各种输入输出接口的单芯片微型计算机系统

MPU：微处理单元。集成了中央处理器（CPU）、内存、外设控制器和总线接口等功能，为电子设备提供强大的计算能力和数据处理能力。

GPU：图像处理单元（显卡）。GPU拥有数百或数千个内核，专为并行处理大量计算而设计，这使得GPU在处理图形渲染、数据分析、深度学习和机器学习等任务时表现出色。

内存

RAM:random access memory

ROM:只读存储器

计算机组成原理部分

硬件（ Hardware ）

    计算机的实体部分，可以实现计算机最基本的操作行为。

软件（ Software ）

    使计算机实现各种功能的程序集合。包括系统软件、应用软件两大类。

计算机系统 = 硬件系统 + 软件系统

计算机系统的硬件组成

输入设备：

   输入设备的任务是把人们编好的 程序和原始数据 送到计算机中去，并且将它们 转换 成计算机内部所能识别和接受的 信息方式 。常用的有键盘鼠标、扫描仪等。

输出设备：

  输出设备的任务是将计算机的处理 结果 以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。常用的有

显示器、打印机、绘图仪等。

存储器：

存储器是用来存放 程序和数据 的部件，它是 一个记忆装置，也是计算机能够实现“存储程序

控制”的基础

 

运算器：

运算器是对信息进行处理和运算的部件，经常进行的运算是算术运算和逻辑运算，因此运算器

的核心是算术逻辑运算部件 ALU 。

运算器中有若干个寄存器（如累加寄存器、暂存器等）。

控制器 ：

控制器是整个计算机的指挥中心。

控制器中主要包括时序控制信号形成部件和一些专用的寄存器

ARM 简介

ARM系列处理器工作模式

arm有37个寄存器

1个pc

1个cpsr

个spsr

3个通用寄存器

程序状态寄存器