嵌入式MCU面经（突击版）

C语言

联合体和结构体的区别：
1. 首先最直观的就是数据类型名称上的区别：联合体union，结构体struct。
2. 最大的区别：联合体共用内存；结构体不共用内存。具体来说，联合体里如果有多个联合体成员，整个联合体的内存大小就是该联合体内最大成员的大小，不涉及到字节对齐。结构体里如果有多个结构体成员，整个结构体的内存大小是该结构体成员经过字节对齐后总内存的大小。
3. 比如说，联合体里有一个int成员和一个char成员，那么这个联合体的大小就是4个字节；结构体里有一个int成员和一个char成员，那么这个结构体的大小就是8个字节，这里char成员需要与int类型进行字节对齐，所以最终大小是8个字节。
4. 联合体有一个很特别的用途，就是可以判断当前系统是大端存储还是小端存储；所谓大端存储，就是高字节数据存储在地址低位，低字节数据存在地址高位；小端存储就是高字节数据存储在地址高位；低字节数据存储在地址低位。
通过联合体判断系统大小端的代码如下：

#include <stdio.h>

union {
    int num;
    char byte;
} test;

int main() {
    test.num = 0x01020304;
    
    if (test.byte == 0x04) {
        printf("当前系统是小端序\n");
    } else if (test.byte == 0x01) {
        printf("当前系统是大端序\n");
    } else {
        printf("无法判断系统的字节序\n");
    }
    
    return 0;
}

static是什么？有什么作用？
1. static是一个C语言关键字，用于控制变量或者函数的存储位置和作用域。
2. static修饰局部变量。如果直接声明一个局部变量不加其他修饰，该变量会存储在栈中，随函数调用结束而被销毁。用static修饰局部变量后，该变量存储位置会发生改变，会存储在内存中的.data数据段（静态数据区），该局部变量不会随函数的调用结束而被销毁，其生命周期是整个程序的运行周期。
3. static修饰全局变量。用static修饰的全局变量，其存储位置在内存中的.data数据段，且该全局变量不能被外部文件使用，仅全局变量所在的当前文件可以访问该变量，外部文件无法通过extern等方法来访问。
4. static修饰函数。使用static关键字修饰的函数是一个静态函数，其作用域就是当前文件，该函数不能被其他文件访问调用。
const是什么？有什么作用？
1. const是一个关键字，表示只读。const用于保护数据不被修改和提高代码的可读性。可以应用于变量、指针、函数参数等场景。
2. const修饰变量。用const修饰的变量会存储在内存中的只读区，这个变量会变成常量，是无法修改的，是只读的。
3. const修饰指针。用const修饰指针有两种常见的说法：指针常量和常量指针。指针常量，本质上是修饰一个常量：const int *p，p是指向int类型常量的指针，指向的数据不可以修改，但p本身可以修改，可以指向其他地址。常量指针，本质上是修饰一个指针： int *const p，这里p是一个常量指针，指针本身的指向不可修改，但其指向的值可以被修改。
4. const修饰函数参数。保证传入函数的参数不能在函数内部被修改。

单片机

STM32启动流程：（根据boot引脚选择启动区域）
1. boot1为0，通过片内flash启动。
2. boot0为0，boot1为1，通过系统存储器ROM启动。
3. boot0为1，boot1为1，通过SRAM启动
中断：
1. 中断可以理解为正在执行某段程序时，突然被打断，转而执行中断事件相关的程序，执行完了再回来执行最开始的程序。中断简单的可以从前后台系统的角度来理解，我们需要循环执行的程序是后台任务，中断事件对应的是前台任务。中断是一个很广泛的概念，除了单片机还有很多场景下都会涉及到中断，这里以单片机的中断为例。
2. 要想在单片机中捕获中断并执行对应的中断回调函数，需要先进行中断初始化。
3. 中断初始化：
  1. 设置中断源，对应某个能产生中断的外设；
  2. 设置中断控制器，使能或者屏蔽某个外设的中断通道，设置中断的优先级等，STM中的NVIC（嵌套向量中断控制器）就是一种中断控制器；
  3. 使能CPU中断总开关。
4. 单片机处理中断大概有以下三个步骤：
  1. 保存现场，涉及到PC、LR寄存器，入栈操作
  2. 查询中断向量表，判断中断类型，调用对应的中断处理函数
  3. 恢复现场，设置到PC、LR寄存器，出栈操作
STM32的4中IO口类型：
1. 上拉输入：用于IO读取，常态时为高电平
2. 下拉输入：用于IO读取，常态时为低电平
3. 推挽输出：可以输出高电平和低电平，驱动能力强，是比较常见的输出类型
4. 开漏输出：只能输出低电平，需要外部接一个上拉电阻才能输出高电平

FreeRTOS

任务间通信的方式：队列、任务通知、事件组、信号量、互斥量
FreeRTOS任务有几种状态：就绪态、运行态、阻塞态、挂起态
简单描述一下FreeRTOS操作系统：
1. 内核小，可移植性高，适用于多种硬件平台；
2. 具有任务调度、中断管理、内存管理等功能。
FreeRTOS的中断管理：
1. 在FreeRTOS中有一套专门的中断API，例如xQueueSendToBackFromISR
2. 首先，中断是对应程序运行实时性要求的。FreeRTOS中的任务调度允许任务抢占、阻塞，但是中断不行，中断程序必须顺序的执行，不能因为等待某些资源而阻塞。其次，FreeRTOS中设计了一套中断专属的API，就是那些FromISR后缀的，这样设计可以将任务与中断的操作分开来，提高代码的可读性，且这样易于整体代码的维护和管理。
3. FreeRTOS中主要分为两种中断，一类是更高优先级的中断，这类中断不能使用FreeRTOS中提供的API函数，而更低优先级的中断可以使用FreeRTOS的API。FreeRTOS是通过FreeRTOSconfig文件中的#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 5 来判断可管理的最高优先级中断
FreeRTOS中SYSTICK和PendSV中断的作用：
1. SYSTICK中断是由系统定时器触发的中断，多久触发一次呢？根据configTICK_RATE_HZ来配置，一般配置为1kHz。任务调度器通过SYSTICK中断定期触发，根据任务的优先级和调度策略来决定是否切换当前运行的任务。就是说任务的调度是根据SYSTICK中断来触发的，但是要注意，SYSTICK只是触发。任务切换操作是在PendSV中断函数中执行的
2. PendSV中断的优先级设置为最低，以确保它能够在其他中断完成后执行。
3. 总体而言，SYSTICK中断提供了任务调度的时基，而PendSV中断用于执行实际的任务切换操作。这两者共同协作，实现了FreeRTOS的多任务调度机制。
为什么要在项目中使用RTOS？如果只是对于简单的任务开发，可以选择用裸机开发；如果对于业务要求比较复杂的项目，在单片机硬件资源允许的前提下，尽可能地选用RTOS进行代码开发，因为使用RTOS可以更好的实现复杂的业务逻辑，且编写代码过程中条理逻辑会更加清晰，程序的实时性也会更强
简述FreeRTOS启动流程：
1. 硬件初始化
2. 系统初始化
3. 任务创建
4. 开启调度器
FreeRTOS常见的内存管理机制：
1. heap_1：只实现了pvPortMalloc，没有pvPortFree，只分配内存，不回收
2. heap_2：实现了pvPortMalloc和pvPortFree，使用的是best fit，最佳适配算法；缺点：碎片化，不会合并相邻内存
3. heap_3：使用的是malloc和free，非线程安全，malloc时是先暂停FreeRTOS调度器再去分配内存
4. heap_4：使用了first fit，首次适配算法；会合并相邻的空闲内存，较少碎片化
5. heap_5：使用的内存分配算法和heap_4一样，但是不局限于管理一片大数组，可以管理多个分块

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