0.1 嵌入式系统基础

学习阁2026/7/19大约 3 分钟预备知识预备知识嵌入式MCU

0.1 嵌入式系统基础

📚 本节导读

学习时长：约 15 分钟
难度级别：⭐☆☆☆☆
前置知识：无

🎯 学习目标

理解嵌入式系统与通用计算机的区别
了解 MCU 的基本组成（CPU、Flash、RAM、外设）
了解嵌入式开发流程

一、什么是嵌入式系统

嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪的专用计算机系统。与 PC 或手机不同，嵌入式系统通常只完成一项或几项特定任务。

对比维度	嵌入式系统	通用计算机
资源	受限（KB 级 RAM、MB 级 Flash）	丰富（GB 级 RAM、TB 级存储）
功能	专用（单一/少数任务）	通用（多任务并行）
功耗	极低（mW 级）	较高（W 级）
操作系统	RTOS 或裸机	Linux/Windows/macOS
典型设备	智能手表、传感器、家电控制板	服务器、PC、笔记本

二、MCU 基本组成

MCU（Microcontroller Unit，微控制器） 是将 CPU、存储器、外设集成在单一芯片上的微型计算机。OneOS 主要在 MCU 上运行。

2.1 核心组件

┌─────────────────────────────────────┐
│              MCU 芯片                │
│  ┌─────────┐  ┌──────────────────┐  │
│  │   CPU    │  │     Flash ROM    │  │
│  │ Cortex-M │  │  (程序存储器)      │  │
│  └────┬─────┘  └──────────────────┘  │
│       │                               │
│  ┌────┴──────────────────────────┐   │
│  │        系统总线 (Bus)           │   │
│  └────┬──────────────────────────┘   │
│       │                               │
│  ┌────┴─────┐  ┌──────────────────┐  │
│  │   SRAM    │  │     外设          │  │
│  │ (运行内存) │  │ GPIO/UART/I2C/SPI│  │
│  └──────────┘  └──────────────────┘  │
└─────────────────────────────────────┘

2.2 各组件说明

组件	用途	OneOS 中的角色
CPU（Cortex-M）	执行指令、处理运算	运行内核调度器和任务代码
Flash ROM	存储程序代码和只读数据	存储 OneOS 内核、驱动、应用代码
SRAM	运行时数据存储	存放任务栈、全局变量、堆内存
GPIO	通用输入输出引脚	控制 LED、读取按键
UART	串行通信	控制台输出、调试日志
I2C/SPI	总线通信	连接传感器、显示屏等外设
Timer	硬件定时器	提供系统时钟节拍（SysTick）

2.3 常见 MCU 资源

级别	Flash	SRAM	典型芯片	能否运行 OneOS
入门	16-64KB	4-8KB	STM32F0	最小配置可运行
中级	128-512KB	20-64KB	STM32F1/F4	✅ 推荐
高级	1-2MB	256-512KB	STM32F7/H7	✅ 功能全开

三、嵌入式开发流程

1. 硬件选型
   └── 选择 MCU（STM32 / GD32 等）

2. 环境搭建
   ├── IDE（Keil MDK / IAR / VS Code）
   ├── 编译器（ARM GCC / ARMCC）
   └── 调试器（J-Link / ST-Link）

3. 软件开发
   ├── 编写应用代码
   ├── 配置 RTOS（Kconfig / menuconfig）
   └── 编译链接

4. 下载调试
   ├── 通过调试器烧录 Flash
   ├── 断点调试、变量监控
   └── 串口日志输出

5. 测试验证
   └── 功能测试、压力测试、功耗测试

四、关键概念速查

术语	含义
固件（Firmware）	烧录在 MCU Flash 中的程序
寄存器（Register）	CPU 内部的高速存储单元，或外设的控制寄存器
中断（Interrupt）	硬件信号打断 CPU 当前执行，转而处理紧急事件
ISR	中断服务程序（Interrupt Service Routine）
NVIC	嵌套向量中断控制器，管理中断优先级
SysTick	Cortex-M 内置的 24 位系统定时器，RTOS 时钟节拍来源
HAL	硬件抽象层（Hardware Abstraction Layer）

📝 本节小结

嵌入式系统资源受限，MCU 集成 CPU + Flash + SRAM + 外设
OneOS 运行在 Cortex-M 等 MCU 上，需要足够的 Flash 和 SRAM
嵌入式开发流程包括硬件选型、环境搭建、编码、下载调试、测试验证
理解中断、寄存器、SysTick 等概念是学习 RTOS 的基础