嵌入式到机器人开发一（硬件编）
本文档是记录嵌入式到机器人开发技术编，为便记录如何从电子电路到自己开发一个机器人的流程，
第一部份
嵌入式基础
什么是嵌入式，就是将软件硬件嵌入到一个微型控制中，嵌入嘛，就是将软件硬 件全嵌入在一块小块子中，我们的台式机和笔记本呢，他们软件是可以自由安装的，但是嵌入的发展也会功能越来越强，走到ai ，所以可能以后会糊模定义，
目前特点：
- 固化在设备里、不能随便拆
- 功能固定：只做控制、显示、采集、联网
- 体积小、低成本、省电、专用系统
- 如：平板、电视、盒子、投影仪、音箱、手环手表智能设备，智能门锁、门禁、烟雾报警器、温湿度传感器、PLC、工业触摸屏、变频器、伺服驱动器、工业网关、
- 数据采集器、机床控制器。全是嵌入式。
按算力类型业区别，可能有精简功能的stm32 连网方便的 esp32 算力并发的gpu类型的jetson nano rk系统 还有支持实时，高并发的比如华为的路由 ， 基站 ，
开发前必烦知道的理伦
我们开发嵌入式，实际就是操作gpio引脚 ，但是引脚的通信需要通信的频率，需要晶振，晶振就是时钟，比如说多少时间内发出脉冲，都 要需要配置的，还是配置高电平通信还是低电平通信，在距离较远的电路中，电路会衰减，本应高电平的可能都 不高了，所以通信有很多方式，最直接就是一会高电平，一下低电平来代表01 但是可能是受电压响，复杂的要用来传数据的 ，用其它方式，比如差分信号，就是一根高电平，一根低电，用有没有差别来表示0.1 所以嵌入式的通信才为为很多种 ，对于更复杂的需要配置的，我们还用at 配置信息，然后在信号中每次带上配置信号，来完成加密。
还有最后一个就是变量，为了开发方便，核心板产商开发编程工个。，，在里面对一个固定的gpio 串口，很多硬 件都 命 了名，我们直接拿来用，所以与代码时不需要问，这些变量那儿来的，专业术语叫 向量表
引脚功能：
GPIO_MODE_INPUT 浮空输入： 引脚电平完全由外部决定，悬空时电平乱跳。用于按键、传感器、外部信号输入。 GPIO_MODE_OUTPUT_PP 推挽输出： 能直接输出强高低电平，驱动能力强。用于LED、蜂鸣器、继电器、普通控制。 GPIO_MODE_OUTPUT_OD 开漏输出： 只能拉低电平，高电平要靠外部上拉，可多芯片共用总线。用于I2C、1-Wire、电平转换。 GPIO_MODE_AF_PP 复用推挽： 给串口、PWM、SPI等外设用，强驱动输出。用于串口TX、PWM输出、SPI时钟。 GPIO_MODE_AF_OD 复用开漏： 给外设开漏用，只能拉低，需上拉。用于硬件I2C的SDA/SCL。 GPIO_MODE_AF_INPUT 复用输入： 给外设专用输入口。用于串口RX、SPI输入、定时器捕获。 GPIO_MODE_ANALOG 模拟模式： 只测电压，不走数字信号。用于ADC采样、模拟信号输入。
1. 什么是 MSP？
它的核心工作，就是给单片机的各种外设（比如串口、定时器、GPIO、中断这些）做最基础的初始化：
- 给外设开时钟（相当于给外设通电，不通电外设没法干活）
- 配置外设用到的 GPIO 引脚（比如串口要用到 TX/RX 两个引脚，得先把这俩脚设成串口模式）
- 配置外设相关的中断（比如串口接收数据要触发中断，得先把中断打开、设好优先级）
举个例子：你要用串口（USART）发数据，HAL 库会先自动调用串口的 MSP 函数，把串口的时钟、引脚、中断都配置好，再执行发数据的功能，不用你手动去管这些底层操作。
2. MSP 的调用逻辑
- 程序从
main()函数开始运行 - 先执行
HAL_Init()，初始化 HAL 库的基础环境 - 自动调用
HAL_MspInit()，这就是全局的 MSP 初始化入口 - 后续你初始化某个具体外设（比如串口、SPI）时，HAL 库会自动调用对应外设的 MSP 函数，完成该外设的底层配置
编写第一个示例，点亮一个灯，首先打开stmcubeMx 选中芯片型号 ，选择我们当下用的是gpio8,和9 开发板是立创星空学习板
需要用stmcubeMx 创立工程， 选中型号 然后配置引脚 gpio 8 gpio 9 ，因为我们要做点亮灯，默认要高电平，所以要配置为高电平 ，推换推出，由于是输出，下上拉无意义，这儿不用管, 如果设低电平，默认灯就亮了，好像也不是不行，这儿其实任意哈，，，
关于stmcubeMx 要下载6.14.1，老版有很多坑，传说6.15也有乱码的坑，所以还是选6.14.1 老版本的坑比如中文乱码问题 ，配置的时钟与实际硬件运行频率不一致（差一半、翻倍），如果用低本遇到需要解决中文乱码可以先增加一个环境变量，
选择新建，在变量名和变量值如下如下内容 变量名称: JAVA_TOOL_OPTIONS 变量值:-Dfile.ecoding=UTF-8 修改完成后，全部点确定。然后重启stm32CubeMX软件即可。
配置好工程后，可以用kial 或vscode 找开项目，在maian.c 写引脚 代码，完成第一个示例
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, GPIO_PIN_SET); // led1 熄灭
HAL_Delay(500); // 延时500ms
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, GPIO_PIN_RESET); // led1 点亮
HAL_Delay(500); // 延时500ms
}
/* U
这儿我们可以看到软件工作文件目录，需要介绍一下， stm32f1xx.it 是中断函数的编写地方，
stm32f1xx.hal.map.c 是核心底层配置的地方，stm32f1xx_hal_msp.c。 是 STM32CubeMX 自动生成， MSP = MCU Support Package，MCU 底层支撑配置
专门存放所有外设的底层硬件初始化：比如以下配置
- 开启外设时钟（GPIO、UART、ADC、TIM 等）
- 配置引脚复用功能
- 配置 NVIC 中断
- 配置 DMA（如果用到）
所有
HAL_XXX_MspInit()统一放在这里。以下这个文件的代码片断，可能总结为main.c 虽然也有配置，他是基于这个文件的配置，这个文件才是操作硬 件的配置
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* huart)
{
__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE(); // 开时钟
// 配置GPIO、NVIC等
}
其它文件的分布，如下，
常见方法介绍：
main.c 文件中常用方法介绍：
HAL_Init() 初始化项目和初始化hal 库 ，项目第一句代码，不要在HAL_Init()之前调用任何外设相关的代码，否则会出奇怪的 bug。
SystemClock_Config() 配置时钟，CubeMX 生成的工程里，这个函数会自动写好，一般不用自己改。时钟 没 配置对，外设波特率、定时器、延时都会出错。
MX_GPIO_Init() 这个函数是 CubeMX 生成的，里面会调用HAL_GPIO_Init()。帮你一次性配置好所有引脚的输入 / 输出模式、上下拉电阻、速度等。不要在这个函数里手动写引脚操作代码， 否则重新生成工程会被覆盖。
HAL_GPIO_WritePin() 控制 GPIO 引脚输出高 / 低电平。给引脚 “发信号”，比如让 LED 亮 / 灭、给模块发指令。
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // PA5输出高电平 参数介绍，第一个参数，那一组引脚 ，第二个参数，这组引脚中那个编号 第三个参数，高还是低电平
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // PA5输出低电平
HAL_Delay() 毫秒级延时函数，让程序 “等一会儿再往下走” 这个延时是阻塞的，延时期间程序什么都做不了，游戏里用多了会卡顿。高优先级中断会打断延时，导致实际延时时间变长。
HAL_Delay_Us()（或自定义微秒延时） 功能同上，只是时间不同
其它以后才用到的函数
HAL_GPIO_ReadPin() 读取 GPIO 引脚的电平状态，判断按键是否按下。
HAL_GPIO_TogglePin() 翻转 GPIO 引脚的电平状态（高变低、低变高）。
HAL_TIM_Base_Start() / HAL_TIM_Base_Start_IT() 启动定时器，用来做定时任务、PWM、游戏帧率控制。
HAL_TIM_PWM_Start() 启动定时器的 PWM 输出，用来驱动蜂鸣器、电机、LED 呼吸灯。
在正式写代码前，先了解一下软件环境 ，比如中文支持，界面样式，在kail5 的 edit 有一个 Configuration菜单，里面有软件相关配置
编译流程：
我们在写代码的时候，有部份代码是给编译器看的，比如以下的注解：
一个完成的功能包装封，包括功能封装，示例 我们要点灯，并且要把功能封装成来。
第一步，核心代码是
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // PA5输出高电平 参数介绍，第一个参数，那一组引脚 ，第二个参数，这组引脚中那个编号 第三个参数，高还是低电平 HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // PA5输出低电平
封装：
我们们gpio.c 写函数本身 在gpio.h 需要爆露出宏定义和函数名，方便主函数据调用
gpio.c 新增二个函数功能代码，一个是功能函数，一个是测试函数
void LED_Control(uint8_t device, uint8_t cmd) { GPIO_PinState state = cmd ? GPIO_PIN_RESET : GPIO_PIN_SET; if(device == LED1) HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, state); else if(device == LED2) HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port, LED2_Pin, state); }
测试函数：
void LED_Test(void) { LED_Control(LED1,ON); LED_Control(LED2,OFF); HAL_Delay(500); LED_Control(LED1,OFF); LED_Control(LED2,ON); HAL_Delay(500); }
载图如下 ：
其它写法参考：
void LED_Control(uint8_t device, uint8_t cmd)
{
switch(device)
{
case LED1: HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, cmd ? 0 : 1); break;
case LED2: HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port, LED2_Pin, cmd ? 0 : 1); break;
}
}
最后主函数调用：
以下功能通常 蜂鸣器 接触器 开发都是一样，通过调节电平来控制，所以基础控制电位的的功能先不介结了，以下开始研究按健扫描
中断模式
要使中断的话，意思是事件，比如我们要绑定在gpio 让这个按扭中低变平或高电平发生时，运行一个函数就叫中断，中断还可以帮在定时器到点，按健被 按下等场
核心点中断
第一在stm32cubeMx中 将一下gpio绑定于引脚 为中断模式
然后在gpio 的配置中配置一下什么条件触发
还差一步，使其使能，这一步完成后就可以ai 可以写代码了
EXTI line[9:5] interrupts：对应 GPIO 引脚 5~9 的外部中断（共用一个中断服务函数）EXTI line[15:10] interrupts：对应 GPIO 引脚 10~15 的外部中断（共用一个中断服务函数）STM32F103 把多个 EXTI 线合并到同一个中断向量，比如 EXTI5~9 共享EXTI9_5_IRQHandler，EXTI10~15 共享EXTI15_10_IRQHandler，这就是这里配置的本质。
- 第一步将对应的 GPIO 引脚（比如 PB5、PC13 这类）配置成了外部中断模式，并设置了触发方式（上升 / 下降沿 / 双边沿）。这样的话，当这个事件发生时会产生中断，其实就是对方的中断函数会运行
- 还得配置中断优化，告诉内核 “这些中断我要用，优先级设为最高”，让 MCU 收到引脚电平变化时，能正确响应并跳转到对应的中断服务函数里执行你的代码。不能在延时器中配中断，好像好出问题 ，除非中断的时序较高
- 后续你需要在 HAL 库中，用
HAL_GPIO_EXTI_Callback()回调函数来写中断触发后的处理逻辑，还要清除中断标志位，不可我们用ai 写代码可以让ai 来写，至此中断就这点东西。嵌入式会了中断，时钟，通信，入门的话差不多就可以学其它的了，因为更高级的东西，直接上框架吧，先做出产品，再来优化细节，如是想要做好产品，肯定要自己会写寄存器，才能优化性能，但是作为新手我们做图做出成品， 下一章，我们直接开始通信
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