嵌入式

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大学里计算机组成原理这门课感觉和没上过一样，而电子电路基础是确实没上。
但，突然，确实想要看一看这些芯片和电路板，哪怕点个流水灯什么的x。

芯片能力 与 运行环境

MCU 微控制器

  • 主频 < 200MHz
  • RAM 几KB到几十KB; Flash：几十KB到几百KB。存储程序代码。
  • 外设：基础的 GPIO、UART、I2C、SPI、ADC。
  • 应用场景：遥控器、电动玩具、智能卡、直流电机控制、LED灯控。
  • STM32F0 esp32-c3

MPU 微处理器

  • 主频 < 500MHz
  • RAM：64KB 到 512KB，足以运行FreeRTOS和多个任务栈、网络协议栈；Flash：512KB 到 2MB。可以存储复杂的应用程序和文件系统。
  • 外设：更丰富的串口、CAN总线、USB、以太网MAC、加密加速器。
  • 应用场景：智能家居设备（插座、传感器）、可穿戴设备、工业PLC、无人机飞控、复杂的电机驱动（FOC）。
  • STM32F4 ESP32-S3

不那么微的处理器

  • 500MHz 到 1.5GHz+ 到这里和普通手机电脑性能差距可能都不算很大了。
  • RAM：512KB 到 1GB+。通常需要外接DDR内存。
  • Flash：内部Flash可能不大，但支持外部eMMC、SD卡，存储空间以GB计。
  • 外设：支持LCD显示器、摄像头、千兆以太网、高速USB等。
  • 应用场景：智能家居中控屏、工业 HMI、网络网关、广告机、视频播放器。
  • 树莓派/各种派

再就是，现在的手机电脑，

  • 频率 2-4GHz
  • …

更强大的，自动驾驶、机器人、高端医疗影像、5G基站。… 感觉和个人没什么关系了。

芯片另一个重要特征也许是，指令集，架构 risc/cisc 具体的 x86/arm/risc-v/pfga…

裸机, RTOS, TSOS(Linux/Android…)

现在手机电脑上的系统，都属于分时操作系统。这个名字描述的特征是，使用时间片轮转等等调度方式允许多个，很多很多个程序同时保持运行，进行任务调度的目标是高平均吞吐量和公平性。
而实时操作系统通常会追求确定性——通常会要求确定某个任务能在一定时间内完成，为此可以不在乎整体的平均吞吐量，完全基于优先级进行任务调度。

rtos 相对 linux 这种操作系统功能更加专一，会用在一些要求严格的关键任务控制上。
而 linux 这种操作系统会被用来做功能更多，更复杂，但没有硬性响应要求的东西上。比如带操作界面的东西，比如手机电脑。

而裸机，它通常运行在很简单的芯片，很简单的电路板上，处理很简单的事情。它可以有着更快的响应速度，更简单可控更稳定的行为，更少的能耗，当然还更便宜。 而相对而言，使用 rtos 其实意味着，这个东西还是需要处理多任务情况的。

通信外设 communication peripheral

  • GPIO
    • General-purpose input/output, 最基础的信号输入输出
  • ADC, DAC
    • ADC (Analog-to-Digital Converter) and DAC (Digital-to-Analog Converter), 模拟信号转数字信号，数字信号转模拟信号。adc 传感器数据读取，dac 将信息转为模拟信号比如电压。
  • UART, I2C, SPI
    • I2C
      • 同步、半双工、多主多从。两根线（SDA数据线，SCL时钟线）。
    • SPI
      • 同步、全双工、高速。通常需要四根线：MOSI MISO SCLK CS/SS
    • UART … 只是烧录时看到要这个
  • CAN
    • Controller Area Network 控制器局域网
    • 汽车和工业环境而生的“硬汉”协议。
  • USB
    • Universal Serial Bus 通用串行总线
    • 消费电子和通用计算设计的“全能型”协议。

esp32

esp32 是一个芯片系列，似乎有时候也可以是系列的系列名。
有一个开发框架叫做 ESP-IDF ，这个框架是基于 free-rtos 这个操作系统做的，包含了各种库与编译烧录调试等一系列工具链。

  • 环境搭建
  • ESP-IDF 与 free-rtos
  • 硬件与外设
  • 物联网，wifi，tcp/ip/http

esp32-c3 esp32-c3 是另一个芯片系列，或型号

  • risc-v 32-bit, 160Mhz
  • 4 MB flash
  • wifi(802.11/b/g/n(wifi1,3,4)), bluetooth 5

esp32-s3 esp32-s3 是又另一个芯片系列，或型号

  • dual-core 32-bit, 240Mhz
  • wifi(802.11/b/g/n(wifi1,3,4)), bluetooth 5

嗯…有点，不知道说什么的感觉。
好多小玩具我问问 deepseek，把代码粘贴过来，在 vscode ESP-IDF 的插件里点点点，就能装依赖构建烧录监控了…

我既没有了解更底层更硬件的东西，也没有去看那个 rtos 系统。
可能更多的看到的是各种设备要接什么线，

  • 一个小 led 灯只要最简单的 gpio, 还有 ws2812 这种神奇的东西，一个线就能控制一大个灯板.
  • 摇杆可能要用带 adc 的引脚
  • 一个小的显示屏需要 I2C 的 SCL 和 SDA
  • 以及这个小板板还带 wifi, 可以自己做 wifi 信号源，或者把wifi信息写进代码连接别的 wifi 后，启动一个小 web 服务器，全程… 也是调 ESP-IDF 的包。感觉，之前买的相机 wifi 连接就是前者。 …
deepseek 老师快帮帮我

你提到的这种“不知道说什么的感觉”，其实恰恰是每个从软件世界踏入硬件世界的开发者都会经历的阶段——理论与实践之间的那道鸿沟。

你已经用ESP32点过灯、驱动过外设、甚至玩转了Wi-Fi Web服务器，这已经超越了90%的纸上谈兵者。现在，让我们来帮你把这段经历“升华”一下，看看你具体学到了什么，以及下一步可以窥探哪些更深处的东西。

  1. 你实践中的“无形”收获

当你成功让代码在板子上运行时，你其实已经在不知不觉中掌握了几个至关重要的概念：

  • 硬件抽象层：你调用 gpio_set_level 时，没直接操作寄存器， ESP-IDF 帮你屏蔽了底层硬件差异。这就是HAL的意义——让开发者专注于业务逻辑。
  • 库与框架的威力：你用几行代码就启动了Web服务器，这背后是 ESP-IDF 集成了LwIP这个轻量级TCP/IP协议栈。在嵌入式领域，站在巨人的肩膀上（使用成熟的库和RTOS）是项目成功的关键。
  • 事件驱动编程：虽然你没直接写事件循环，但Wi-Fi连接成功、获取到IP地址，这些都是在触发事件，你的代码在响应这些事件。这是嵌入式GUI和网络应用的核心模式。

从“调包侠”到“明白人”：可以窥探的下一步

你觉得只是在调用API，这是因为 ESP-IDF 设计得太好了。想更深入？可以从这里下手：

  1. 掀开RTOS的窗帘看一眼 你不需要从头写一个调度器，但可以在调试时打开FreeRTOS的监视功能。
  • 在 menuconfig 中启用 FreeRTOS -> Enable FreeRTOS trace hooks 和 Enable event trace。
  • 烧录运行后，输入 idf.py monitor，然后按 Ctrl+T 再按 C，可以列出所有任务的状态（Running, Blocked, Ready）。
  • 你会亲眼看到，当你访问Web服务器时，网络处理任务从 Blocked 变为 Running，你的主任务可能正 Blocked 在 vTaskDelay 上。这一刻，多任务并发的概念就从书本变成了你眼前的现实。
  1. 解剖一个外设的驱动 以你用的I2C屏幕为例，别停留在“接线然后调用i2c_master_write”这个层面。
  • 去 ESP-IDF 的GitHub仓库，找到 /components/driver/i2c.c 这个文件。
  • 粗略地看一眼 i2c_master_write 这个函数（不用全看懂）。你会发现，它最终是在操作一系列名为 I2C0 或 I2C1 的存储器（即外设寄存器）。
  • 这时，你再搜一下 《ESP32-C3 Technical Reference Manual》，找到I2C控制器章节，你会看到这些寄存器的描述。你会恍然大悟：“哦，原来i2c_master_write里写这个魔数，是为了配置时钟频率；写那个寄存器，是为了填充要发送的数据。”
  • 这个过程，就是你从“调包”到“理解硬件如何被驱动”的关键一步。
  1. 挑战“底层”的乐趣 - 点灯的另一重境界 你用过WS2812，它是个用单线特殊时序的协议。 ESP-IDF 有它的库。但你想过吗？这个“特殊时序”是怎么产生的？
  • 尝试不用库，用纯粹的gpio_set_level和esp_rom_delay_us来模拟WS2812的0码和1码（比如，高电平0.4us后拉低是0，高电平0.8us后拉低是1）。
  • 你会发现很难调准，因为函数调用本身有开销。这时你就会理解，为什么数据手册里经常提到精确延时需要靠定时器甚至CPU汇编指令。
  • 这个失败的经历，比成功点亮它更有价值，因为它让你直面了软件控制硬件的时序精度这个核心问题。
  1. 连接你已有的知识体系

你提到的“手机电脑是分时，嵌入式有实时”，这个理解完全正确。现在可以把这个概念和你的ESP32项目联系起来：

  • 你的Web服务器项目里，网络协议栈处理、等待HTTP请求这些不紧急的任务，优先级可以设低一点。
  • 如果同时有一个任务需要精确读取传感器数据，它的优先级就应该设高，并且它应该能够抢占那个网络任务。
  • 你在代码中配置任务优先级时，就是在实践和验证实时调度的理论。