嵌入式系统开发者

处理器架构

从8位MCU到多核SoC

• ▸ MCU: STM32 (Cortex-M)、ESP32 (Xtensa)、Nordic nRF52 (Cortex-M4)
• ▸ MPU: i.MX6 (Cortex-A)、全志H3 (Cortex-A7)
• ▸ SoC: 华为海思Hi3861 (RISC-V)、ESP32-S3 (Xtensa双核)
• ▸ 架构对比: ARM、RISC-V、MIPS在嵌入式领域的应用

存储系统

Flash、RAM与存储管理

• ▸ NOR Flash: 程序存储，支持XIP(就地执行)
• ▸ NAND Flash: 大容量数据存储，需要ECC校验
• ▸ SRAM/DRAM: 运行时内存，ESP32支持外挂PSRAM扩展
• ▸ EEPROM: 小容量非易失性存储，用于参数保存

外设接口

GPIO、ADC、DAC及通信接口

• ▸ GPIO: 数字输入输出，支持中断触发
• ▸ ADC: 模拟信号采集(12/16位分辨率)
• ▸ DAC: 数字到模拟转换，音频/波形生成
• ▸ PWM: 脉宽调制，用于电机控制、LED调光

通信总线

片上与片间通信

• ▸ I2C: 两线制串行总线，连接传感器(如BME280、MPU6050)
• ▸ SPI: 高速串行外设接口，连接Flash、LCD、SD卡
• ▸ UART: 异步串口通信，调试日志、AT指令
• ▸ CAN: 汽车/工业总线，抗干扰能力强

无线通信

Wi-Fi、蓝牙、LoRa等

• ▸ Wi-Fi: ESP32内置802.11 b/g/n，支持STA/AP/Mesh模式
• ▸ 蓝牙: 经典蓝牙与BLE(低功耗蓝牙)，用于短距通信
• ▸ Zigbee: 低功耗Mesh网络，智能家居常用
• ▸ LoRa: 远距离低功耗通信，物联网广域网应用

电源管理

低功耗设计与电源优化

• ▸ 睡眠模式: Deep Sleep、Light Sleep，唤醒源配置
• ▸ 动态频率调节: DVFS技术，根据负载调整主频
• ▸ 外设电源管理: 按需开关外设时钟与电源
• ▸ 电池供电优化: 电量监测、低电压保护

实时操作系统(RTOS)

任务调度与并发管理

• ▸ FreeRTOS: 轻量级、广泛支持，任务优先级调度
• ▸ RT-Thread: 国产开源RTOS，完整组件生态
• ▸ Zephyr: Linux基金会项目，多架构支持
• ▸ 任务间通信: 队列、信号量、互斥锁、事件组

嵌入式Linux

完整操作系统环境

• ▸ 内核裁剪与编译: 定制化精简内核
• ▸ 根文件系统: BusyBox、Buildroot、Yocto
• ▸ 设备驱动开发: 字符设备、块设备、网络驱动
• ▸ 设备树(Device Tree): 硬件描述与驱动绑定

网络协议栈

TCP/IP与物联网协议

• ▸ LwIP: 轻量级TCP/IP协议栈，适合资源受限设备
• ▸ MQTT: 发布/订阅模式，物联网消息传输
• ▸ CoAP: 受约束应用协议，轻量级HTTP替代
• ▸ HTTP/HTTPS: Web服务器、固件OTA升级

文件系统

数据持久化存储

• ▸ FAT32: 兼容性好，SD卡常用
• ▸ LittleFS: 掉电安全的Flash文件系统
• ▸ SPIFFS: ESP32早期使用的SPI Flash文件系统
• ▸ JFFS2/UBIFS: Linux下Flash文件系统

图形库

GUI开发框架

• ▸ LVGL: 轻量级通用图形库，支持触摸屏
• ▸ Qt Embedded: 嵌入式Qt框架，功能强大
• ▸ emWin: Segger商业GUI库，性能优异
• ▸ U8g2: 单色OLED/LCD显示库

安全机制

嵌入式系统安全

• ▸ 安全启动(Secure Boot): 验证固件完整性
• ▸ 固件加密: AES加密存储与传输
• ▸ TLS/SSL: 网络通信加密
• ▸ 硬件加密引擎: 利用芯片内置加密加速器

编译工具链

交叉编译环境

• ✓ GCC ARM: arm-none-eabi-gcc (裸机)
• ✓ GCC Linux: arm-linux-gnueabihf-gcc (Linux)
• ✓ ESP-IDF: Espressif官方工具链
• ✓ Keil MDK: ARM官方IDE(商业)

调试工具

硬件调试与仿真

• ✓ JTAG/SWD: 硬件调试接口(J-Link、ST-Link)
• ✓ OpenOCD: 开源片上调试器
• ✓ GDB: GNU调试器，支持远程调试
• ✓ 串口调试: minicom、PuTTY、screen

集成开发环境

代码编辑与项目管理

• ✓ VS Code + PlatformIO: 跨平台嵌入式开发
• ✓ Eclipse + GNU MCU: 开源MCU开发
• ✓ STM32CubeIDE: STM32官方IDE
• ✓ Arduino IDE: 快速原型开发

性能分析

系统优化工具

• ✓ SystemView: Segger实时跟踪分析
• ✓ Tracealyzer: RTOS任务分析
• ✓ Valgrind: 内存泄漏检测(Linux)
• ✓ perf: Linux性能分析工具

仿真与测试

虚实结合开发

• ✓ QEMU: 处理器级仿真器，支持ARM/RISC-V
• ✓ Renode: 多节点硬件仿真平台
• ✓ Proteus: 电路+代码联合仿真
• ✓ Unity: 单元测试框架

Stack Overflow

全球最大编程问答社区，嵌入式标签活跃度高

GitHub Embedded

开源嵌入式项目宝库，学习优秀代码实践

EEVblog Forum

电子工程师论坛，硬件设计讨论深入

CSDN 嵌入式板块

国内最大IT社区的嵌入式技术专区

21ic 中国电子网

老牌电子工程师社区，技术资料丰富

野火电子论坛

STM32、RT-Thread学习资源丰富的中文社区

Arduino 官方论坛

创客与嵌入式入门首选社区

ESP32 中文社区

安信可/乐鑫官方技术支持论坛