把八章知识
接成一条完整的线从一条程序，到一盏LED

全书复习 · 第一讲 · 第01节

先把八章放到同一张图上

前八章已经讲完。这一讲开始做跨章复习：跟着一条“让LED闪烁”的程序，把源码、存储、指令、总线、时钟、GPIO和中断接起来。 先把这条线讲通，后面再集中做存储、寻址与通信综合题。

重要程度分三层。 第一层要能独立计算和写出来：位操作、地址/宽度、时钟/定时、分支/循环、栈和外设配置。第二层要能解释因果：为何中断能打断、为何需要启动初始化、为何DMA仍需CPU配置。第三层认识用途再查表：旧工具名、冷门模式、特定芯片的完整外设清单。

这里再讲背景，是为了让你能判断题目用了哪个模型。比如“有Cache的通用计算机”和“本讲的F103裸机”条件不同，不能把一种平台的假设强行放进另一种平台。

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全书复习 · 第一讲 · 第02节

先纠正对象：CPU寄存器、RAM变量和外设寄存器

CPU里的R0与GPIO外设里的ODR/BSRR都叫寄存器，但属于不同位置、不同访问方式。

普通C变量也可能被优化到CPU寄存器、被常量折叠甚至消失，所以“写了一个变量就必然有一个固定RAM格子”并不成立。本讲的中断共享计数器明确用volatile，并依赖其32位对齐与目标平台访问特性。

做题先问：我在改哪个对象？ MOVS R0,#1改R0；对SRAM地址做STR改相应内存；对BSRR地址做STR则向GPIO发出置位/复位命令。写指令同为STR，不代表目标的硬件语义相同。

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全书复习 · 第一讲 · 第03节

从C源文件到Flash：编译、链接各负责什么

源文件先被编译/汇编成目标文件，再由链接器组合代码、常量、数据和符号，最后生成可下载映像。链接器结合存储布局决定各段和符号地址，下载工具把相应内容写进Flash等目标存储。

在典型MCU布局中：程序与常量主要在Flash；需要修改的数据主要在SRAM；有初值的可写数据可以在Flash保存初值副本，启动时复制到SRAM；零初始化数据按运行库规则清零。栈用于活动调用与局部存储，堆是否使用由程序和运行库决定。

uint32_t count = 7;
uint32_t total;

在常见链接布局中，count有Flash中的初值与SRAM中的运行位置；total的静态零初值由启动过程建立。Flash里存着初值，不等于CPU以后修改count也在改Flash。 不同工具和布局可能改变细节，题目给了段表就按段表判断。

编译器不会自动知道你的LED接哪一脚、哪个电平亮。它按代码和目标规则生成程序；引脚、时钟和电气仍由系统设计与初始化保证。这就是为什么第七章之后还必须学第八章。

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全书复习 · 第一讲 · 第04节

从复位到main：第一条入口不是凭空出现的

F103硬件复位先使用HSI。BOOT引脚选择用户Flash、系统存储器或SRAM作为启动来源；启动代码随后可以按配置切换时钟。硬件默认时钟与main开始时的时钟，可能不同。

在Cortex-M的复位模型中，向量表首字用于初始MSP，第二字提供复位入口指针。以用户Flash映像位于0x08000000的典型布局为例，映像前两个字分别在0x08000000和0x08000004；复位时的启动映射还要结合BOOT理解。

例如第二字存0x08000101，表示Thumb入口，实际指令地址为0x08000100。最低位的状态标记与真正的指令地址要分清。不能把M系列向量表概括成“一排B指令”。

Reset_Handler和运行库建立必要环境，例如数据初始化、栈与系统初始化，然后进入main。具体执行顺序以匹配的启动模板为准。ENTRY、END、C的main与硬件复位向量，分属不同层次。

这一段考试常考过程与地址；实际调试时则用来区分“根本没进main”与“进了main但外设没配好”。不要求你无提示重写完整C运行库。

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全书复习 · 第一讲 · 第05节

一次写GPIO，如何落到指令与总线事务

对本讲F103而言，GPIOA的BSRR地址为0x40010810。下面的语句向它写入bit24：

GPIOA->BSRR = 1u << (8u + 16u);

BSRR低16位写1对应置高，高16位写1对应复位到低；所以这次作用于PA8，将输出锁存值清为0。写入值为0x01000000。

用第六、七章的汇编表示，可以写成这样的教学示意：

    LDR R0, =0x40010810   ; 地址：GPIOA_BSRR
    LDR R1, =0x01000000   ; 命令：复位PA8
    STR R1, [R0]         ; 对该地址执行字写

这里LDR带等号是装载常量的伪指令写法；确切机器指令和常量池由汇编器处理。这不是承诺编译器必然把上面的C编成这三行。 它只把地址和值的职责展开给你看。

处理器发出地址与数据访问，片上总线互连/桥接/译码将它送到GPIO模块。地址决定选哪个目标，数据决定写什么，访问类型与宽度决定这次事务怎样进行。此处不需要操作系统系统调用。

本讲按F103裸机地址分析，不经过操作系统页表转换。第三章的Cache与虚拟存储仍要学：它们解释其他系统怎样处理速度与地址映射；其存在与细节由具体平台决定。

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全书复习 · 第一讲 · 第06节

位操作要写成规则，别背一个神秘十六进制数

对第p脚，BSRR置高写1u << p；复位到低写1u << (p + 16u)。它们是写命令，不是把一个变量原值读出来改一改。

如果目标是PA8的配置字段，PA8在CRH，字段为bit3:0。普通推挽、2MHz输出的4位编码为0010，可写成：

GPIOA->CRH = (GPIOA->CRH & ~0xFu) | 0x2u;

这是“清目标字段，再写新字段”，其他引脚配置保留。若题目改成PC6，则字段在CRL bit27:24；50MHz普通推挽编码0011，写入字段值为0x03000000，清位掩码为0x0F000000。

三种寄存器不能混成一个模板： 普通配置字段常用读改写；BSRR用直接命令写；EXTI_PR是写1清对应挂起位，也直接写目标掩码。对PR使用|=会把读到的其他1一并写回，从而可能误清别的来源。

原子地设置/复位GPIO目标位，不能自动证明整个算法并发正确；别处若仍然整字重写ODR，也需要统一访问约定。

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全书复习 · 第一讲 · 第07节

从引脚电平到LED亮灭：电路补上最后一步

本讲LED接法：3.3V → 510Ω限流电阻 → LED → PA8。GPIO输出低，电流从电源经电阻、LED流入PA8，LED亮；GPIO输出高时，通常没有足够正向压差，LED灭。

如果换成“PA8→电阻→LED→地”，有效电平会变成高。题目中的亮灭结果必须按电路判断，不能只看函数名SetBits。

推挽输出可以主动拉高或拉低；开漏写1表示释放引脚，需要外部上拉等条件才能建立高电平，输入读值还能被外部拉低。输入模式、输出模式、普通GPIO、复用功能也必须分清。

2MHz/10MHz/50MHz输出档描述相应驱动/边沿能力设置，不表示GPIO会自己周期输出该频率。周期波形需要程序翻转或定时器等硬件功能。限流电阻保证实际电流受控；MCU脚不能直接承担任意功率负载。

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全书复习 · 第一讲 · 第08节

定时器先算时钟，再算寄存器

向上计数、边沿对齐、标准更新模型下：

fTIM是该定时器真正的输入时钟，不必等于SYSCLK，也不总等于PCLK。 F103在APB预分频为1时，相关TIM通常取PCLK；分频不为1时取2×PCLK。USART2不会因此也自动倍频。

例如SYSCLK=HCLK=72MHz，APB1除2：PCLK1=36MHz，TIM2=72MHz。若PSC=35999、ARR=999，则更新周期0.5秒。若每次更新翻转LED，亮0.5秒、灭0.5秒，完整周期1秒，频率1Hz。

本讲完整程序沿用第八章源码策略，主动切换HSI 8MHz，并设AHB/APB无分频。TIM2设PSC=7、ARR=999，得到1ms更新；主循环累计到500ms翻灯。因此程序里的PSC与上面72MHz直算例不同，结果仍一致。

PSC通常有缓冲，写入后还要按规则使新参数生效。初始化可以生成UG，再清掉初始化产生的UIF，最后使能中断和计数。不要刚开NVIC就把一次初始化更新误认成已经过了完整周期。

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全书复习 · 第一讲 · 第09节

中断负责报时，主循环负责决定动作

定时器每1ms更新一次，置UIF；外设UIE和NVIC允许，且内核屏蔽/优先级条件满足时，进入TIM2_IRQHandler。ISR清本次源并给ticks加1，然后尽快返回。

从普通线程进入一个基本IRQ时，Cortex-M硬件基本帧保存R0—R3、R12、LR、PC、xPSR，共8个字；栈对齐可能另有填充，编译器也会根据ISR用到的寄存器生成必要的软件保护。不能把基本帧32字节当作所有ISR实际只消耗32字节栈。

主循环不断读取ticks，计算无符号差值是否达到500。它不用在ISR里等待500ms，也不用靠“执行若干条空指令”猜时间。

now = ticks;
if ((uint32_t)(now - since) >= 500u) {
    since = now;
    on ^= 1u;
    GPIOA->BSRR = on ? (1u << 24) : (1u << 8);
}

无符号减法可在合理检查周期内处理计数回绕。例如since=0xFFFFFF00、now=0x000000F4，差值正好500。前提是仍能区分要测的时间间隔，不能隔了完整2³²ms甚至多圈后再猜经过了多久。

volatile使相关访问按目标语言/实现规则保留，不等于互斥锁，也不自动让count++成为不可打断的读改写。 本例只有ISR更新32位对齐ticks，主循环只做32位读取；若两边都更新复合状态，就要重新分析临界区。

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全书复习 · 第一讲 · 第10节

完整应用源码：先说清构建条件，再看main

下面给出一个完整应用源文件。目标固定STM32F103RCT6，采用匹配的官方CMSIS设备头、system文件和高密度启动模板，向量中TIM2入口需指向本文件的TIM2_IRQHandler；避免模板另有同名ISR。文件不捆绑厂商设备包。官方模板在进入main之前可能配置过时钟，本文件随后显式切回HSI 8MHz。

连接使用第07节低有效LED，仅PA8。应用采用HSI 8MHz、AHB/APB无分频，TIM2产生1ms节拍。HSI有容差，程序用于解释原理与练习配置，不承诺晶体级计时精度。

/* STM32F103RC; official CMSIS/device startup environment required. */
#include "stm32f10x.h"
#include <stdint.h>

static volatile uint32_t ticks;

static int clock_hsi_8mhz(void)
{
    uint32_t guard = 1000000u;
    RCC->CR |= 1u;                       /* HSION */
    while (!(RCC->CR & 2u) && --guard) { }
    if (!guard) return 0;
    RCC->CFGR &= ~3u;                    /* SW = HSI */
    guard = 1000000u;
    while ((RCC->CFGR & 12u) && --guard) { }
    if (!guard) return 0;                /* wait for SWS = HSI */
    RCC->CFGR &= ~((15u << 4) | (7u << 8) | (7u << 11));
    RCC->CR &= ~(1u << 24);              /* PLL no longer the source */
    SystemCoreClock = 8000000u;
    return 1;
}

static void led_init(void)
{
    RCC->APB2ENR |= 1u << 2;             /* GPIOA clock */
    (void)RCC->APB2ENR;                  /* allow clock enable to propagate */
    GPIOA->BSRR = 1u << 8;               /* inactive high before output */
    GPIOA->CRH = (GPIOA->CRH & ~15u) | 2u; /* PA8: PP, 2MHz */
}

static void tick_init(void)
{
    RCC->APB1ENR |= 1u;                  /* TIM2 clock */
    (void)RCC->APB1ENR;
    TIM2->CR1 = 0;
    TIM2->DIER = 0;
    TIM2->PSC = 7;
    TIM2->ARR = 999;                     /* 8MHz / 8 / 1000 = 1kHz */
    TIM2->EGR = 1;                       /* UG loads the prescaler */
    TIM2->SR = 0;                        /* discard initialization UIF */
    TIM2->CNT = 0;
    ticks = 0;
    NVIC_SetPriorityGrouping(3);
    NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 2);
    NVIC_ClearPendingIRQ(TIM2_IRQn);
    NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
    TIM2->DIER = 1;                      /* UIE */
    TIM2->CR1 = 1;                       /* CEN */
}

void TIM2_IRQHandler(void)
{
    if (TIM2->SR & 1u) {
        TIM2->SR = (uint16_t)~1u;        /* write 0 to clear UIF only */
        ++ticks;
    }
}

int main(void)
{
    uint32_t since, now;
    unsigned on = 0;
    if (!clock_hsi_8mhz()) for (;;) { }  /* bounded startup failed */
    led_init();
    tick_init();
    since = ticks;
    for (;;) {
        now = ticks;
        if ((uint32_t)(now - since) >= 500u) {
            since = now;
            on ^= 1u;
            GPIOA->BSRR = on ? (1u << 24) : (1u << 8);
        }
    }
}

改成亮1秒、灭1秒： 在保持1ms节拍的前提下，把主循环阈值500改1000，整周期变2秒、频率0.5Hz。改成1kHz PWM： 需要重新选择定时器输出通道、复用引脚、PSC/ARR/CCR和输出使能；仅把这个阈值改小，不能声称已经配置了硬件PWM。

程序用主循环观察节拍，因此实际翻转时刻还包括服务与主循环响应延迟。若主循环停顿很久，本例只翻转一次并从当前时刻重新计时；它不会追赶过去漏掉的所有翻转。严格边沿时序应考虑定时器硬件输出和相应误差分析。

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全书复习 · 第一讲 · 第11节

出题人换条件时，你该改哪一层

排错也按链路切开： 能否稳定复位和进main；时钟源/分频是否真生效；GPIO时钟和模式是否正确；BSRR值是否作用于正确脚；TIM的CNT是否推进、UIF是否出现；NVIC是否允许且向量正确；ticks是否变化；主循环是否满足条件；最后查实际引脚与LED接线。

这些检查能区分程序层、外设层与电路层，不需要先背几十个不相关函数名。观察寄存器时还要记住：有些状态通过读/写特定寄存器会被清除，调试器观察也可能产生影响，应查清语义。

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全书复习 · 第一讲 · 第12节

先做这十二题，再看答案

下面是本讲原创复习题，原书题仍在对应八章讲义中。建议先写下计算过程，再展开答案。

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全书复习 · 第一讲 · 第13节

这一讲过关后，下一轮怎么学

本讲过关标准：能从“每500ms翻灯”追到时钟、寄存器、指令、总线和接线；给你换芯片时钟、引脚、有效电平或周期定义，知道该改哪里；看见SRAM变量、CPU寄存器、外设寄存器时不再混在一起。

下一轮集中做第三、六、七章的连接：容量与地址范围 → 小端字节 → LDR/STR宽度 → 基址/偏移/数组 → 栈与参数。 它们是算错地址、读错数、写错程序的共同来源。本讲先把系统主线跑通，不在同一讲再塞进所有Cache映射与页表计算。

需要回看的章节：第一、二章补信息表示和执行过程；第三章补存储；第四章补总线/中断/DMA；第五章补寄存器与异常；第六章补指令/寻址；第七章补程序/ABI；第八章补型号、时钟和外设。正文每一节都有相应的掌握要求，按错题返回即可。

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