# Firmware 知識合集

皆以 STM32 系列實作，目前用到 F103、F407、F412

# 簡介與認知

### CPU、MCU、SoC

**CPU：**

* Central Processing Unit：簡單翻譯就是==中央處理器==
* 通常用於執行==計算的任務==
* 常見品牌：Intel、AMD；軟體平台：Windows、Linux

**MCU：**

* Micro-Controller Unit：微控制器，也稱單晶片 (Single Chip)，最簡單也最容易上手之平台
* 最簡單也易於學習，常見之平台為 Arduino 與 STM32
* 開發平台則是：Keil 或自家 IDE ...等
* MCU 裡也有 CPU，但是是閹割版的 CPU，最重要的差異則是在 MCU 的 CPU 中少了 MMU，MMU 為 Memory Management Unit

**SoC：**

* System on Chip：晶片上的系統
* 簡單說就是：將 CPU 與所有 I/O 集成到 Chip 上，即集成度更高的 CPU，多用在多媒體處理與計算
* 手機本身也算是 SoC

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微控制器 (MCU)、系統晶片 (SoC) 或微處理器單元 (MPU) 的選擇已成為物聯網裝置設計人員的關鍵決策。選擇正確的 ==「大腦」== 可以決定物聯網解決方案的效能、能源效率和成本效益。

用白話文將上述內容解釋一下：在做開發時我們需要先選擇正確的大腦，也就是處理器，同時也必須滿足開發時的 I/O 周邊需求，又或著需要考慮到 on chip memory、RAM/ROM 等等的記憶體管理與規劃；首先，所有的處理器都有 CPU 差別在於效能，也就是處理速度，這時我們可以從 [Cortex](https://zh.wikipedia.org/zh-tw/ARM_Cortex-M) 的型號下手；再來就是挑選應用的工作環境、計算複雜度與 I/O 介面

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### Bus

匯流排，在晶片內部或外部傳輸訊號資料的線，通常用於傳輸：Data、Address、Command ...等等，每個 Bus 的功用都不同。

可以把 Bus 想像成神經一樣，各種設備都是透過 Bus 與 CPU 溝通，而這些匯流排可以分成外部與內部。

* 內部：主要負責與 CPU 溝通
* 外部：負責與外部設備溝通 (周邊)
* 有時外部與內部的匯流排會直接與內部相接，以便周邊設備直接進行溝通

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#### AMBA

在知道 Bus 的概念後，開始了解晶片內部的匯流排，AMBA 全稱為：==Advanced Microcontroller Bus Architecture==，簡單翻譯就是==高級微控制器匯流排架構==，這是由 ARM 公司所制定的匯流排協定，且有三種匯流排所組成，分別為：AHB、APB、AXI。

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**AHB**

* Advanced High-performance Bus，為高性能匯流排，用於連接高性能之主設備

* 簡述：它是一種基於 Mater-Slave 的匯流排架構，廣泛應用於 SoC、MCU 當中，並且支援多個記憶體和周邊連接。AHB 一般應用於高效能、高時脈頻率 (high clock) 的系統結構，例如 CPU 與高速 RAM、NAND FLASH、DMA 等

* 特點：
1. 支援多總線連接。 AHB 匯流排協定可連接多個晶片上的匯流排或週邊（透過AHB橋），實現高效率的資料傳輸
2. 支援多種資料傳輸方式。 AHB 匯流排可以支援不同的傳輸類型，如單次傳輸、熱點傳輸或累積傳輸等，滿足不同的資料傳輸需求
3. 支援多主從式的連結。 AHB 匯流排可以同時連接多個主設備和從設備，實現了多任務的同時完成，提高了總線的效率

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**APB**

* Advanced Peripheral Bus，為高性能周邊匯流排，用於連接低速設備，一種簡單的序列匯流排，具有定時器可程式特性，其速度較慢，但其節點可達數目較多。

* 簡述：一種用於連接微處理器和周邊的序列匯流排協定，它與 AHB 一樣都是基於主從協定，APB 一般應用於低速外設之間的連接，在 STM32 中它的時脈訊號一般由 AHB 經分頻器而來。

* 特點：
1. 速度較慢，一般在 10MHz
2. 面向暫存器的存取方式，APB 匯流排採用面向暫存器的方式進行週邊訪問，即每個週邊裝置都被對應到一組暫存器中，透過讀寫這些暫存器來實現對外部設備的控制
3. 點對點連接的匯流排，即每個週邊裝置都與處理器直接相連，這種連接方式簡化了匯流排結構，提高了匯流排效率
4. 採用低功耗設計，能夠透過動態電源管理技術進一步降低功耗

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**AXI**

* Advanced eXtensible Interface，為高性能可擴展式介面，用於連接系統中高速元件之間的互連。AXI 是多主和多從設備的連接，AXI 匯流排支援優先權傳輸、頻寬請求、管線傳輸和亂序傳輸等功能，是 AMBA 規格中最高等級的匯流排介面協定。

* 簡述：高效能、高頻寬、可擴展的匯流排協定，由 ARM 公司開發並推廣應用於各種系統 on-chip (SoC) 設計中，它一般應用於 ARM 高階晶片系列。==AXI 匯流排協定定義了一種通訊方式，用於將不同的核心和處理器連接在一起，以實現資料的高效傳輸和管理==。採用管線操作方式，透過分離位址訊號和資料訊號，使得不同的 IP Core 或 Sub System 可以同時使用匯流排，實現高效率的資料傳輸。流水線相比串行操作有極大的性能提升，將 task 拆分成不同部分並允許同步執行，每個 task 之間的執行時間允許相互重疊。

* 特點
1. 高效能：AXI 匯流排協定支援高頻寬、低延遲的資料傳輸，在多個 IP Core 間實現高速並發傳輸。
2. 可擴充性：AXI 匯流排協定支援多種擴充方式，可以方便地新增新的 IP Core，擴展SoC 的功能。
3. 靈活性：AXI 匯流排協定支援多種傳輸模式和回應方式，可以根據不同的應用場景選擇最優的傳輸方式。
4. 安全性：AXI 匯流排協定支援安全存取和保護，能夠保護系統內部的敏感資料。

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# USART / UART

UART 為通用非同步收發傳輸器 (Universal Asynchronous Receiver / Transmitter) 之簡稱，主要用於在串列通訊中轉換平行資料和串列資料。資料位元逐一傳輸，每個資料位元之間都有停止位元、校驗位等控制訊號。

UART 只能同時進行一項操作：傳送字元或接收字元。而 USART （Universal Synchronous Asynchronous Receiver / Transmitter, 通用異步接收發送器） 則可以在同一時間完成發送和接收操作，因此它更加靈活。此外，USART 也支援同步傳輸模式。

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## 概念

串列傳輸為 CPU 與周邊裝置或 CPU 與 CPU 間的資料傳輸方法之一，而 USART(universal synchronous asynchronous receiver transmitter) 通用同步 / 非同步收發傳輸器，則常被用於一般的串列傳輸應用中。可依照 NRZ 工業非同步資料傳輸格式，與其他設備進行資料交換。並且此種裝置使用 fractional baud rate 產生器，提供大範圍的 baud rate 供使用者選擇。

此外，亦支援同步傳輸、單線半雙工傳輸、LIN(local connection network)、Smartcard protocol、IrDA(Infrared data association) SIR ENDEC 標準。

高速資料傳輸，則使用 DMA 去設定多重緩衝區來達到此目的。

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### 同步與非同步 / 半雙工與全雙工

* 同步傳輸 (Synchronous)：兩個設備在溝通的時候允許同步接收資料與傳輸資料。

* 非同步傳輸 (Asynchronous)：與同步傳輸相反，只允許單向的傳輸，並在傳送資料時插入額外資訊，表示資料起始、結束。好處是設定時間短、硬體成本低、機器時脈不同也能傳資料，缺點是單次傳輸的資料量較少。

* 半雙工 (Half-duplex)：允許二台設備之間的雙向資料傳輸，但不能同時進行。因此同一時間只允許一設備傳送資料，若另一設備要傳送資料，需等原來傳送資料的設備傳送完成後再處理。例:無線電 (需要講 Over 那種)。

* 全雙工 (Full-dulpex)：允許二台設備間同時進行雙向資料傳輸。例:手機。

在半/全雙工之中也參有同步與非同步傳輸，須注意不是只有單獨存在的狀況 ! !

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### 資料傳輸

每次在進行資料傳輸時，USART 會以一個 frame 作為一次傳輸單元


* 在起始位 (start bit) 期間，資料發送端 (Tx) 處於低電位；在停止位 (stop bit) 期間，資料發送端 (Tx) 處於高電位。


* 此圖為最經典的 USART 設定圖。
* 圖中表示一次接收資料長度為 8-bit 、一個停止位元、一位元的基偶較驗

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在介紹完單純的 USART 傳輸方式之後，要進入 MCU 非常重要的階段 "中斷"

# 中斷 Interrupt

在 Computer Science 中，它代表處理器接收到來自硬體或軟體的訊號，發生了某個事件。接收到來自外部硬體的非同步信號之後，處理器將會進行相應的處理

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### 中斷延遲 Interrupt latency

中斷延遲是指，中斷請求(Interrupt Request, IRQ)與相對應的中斷服務程序(Interrupt Service Routine, ISR)之間的延遲。

簡單來說就是 => 從接收到外部的中斷請求到中斷開始執行中斷程序之間的時間。

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## 中斷概念

在任何的處理器上都會有 Timer 的設計，那內部 Timer 是如何做到計數功能的，以一些簡單的單晶片(MCU)為例，在硬體設計上都會有一個震盪器去做到相關的計數。

再將中斷以更簡單的方式描述的話，當今天有個來自外部的請求要MCU進入中斷，那MCU就會讓這項請求優先執行，在執行結束之後才會跳出到原本的處理程序。

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在中斷的處理程序大致可以先分為兩種：
 1.定時(Timer) -> 利用Timer做出分工的多時序系統設計
 2.外部觸發(INT) -> 針對一些外部硬體中斷做出一些程式對策執行指令
從中斷的處理程序中我們可以得知在中斷的設計上，當處理得程序越來越多MCU就甚麼都運作不了了!!
所以中斷的函式要越簡短越好，盡早結束!!!

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在一般所學習到的程式語言中，通常都會有一個叫做 main 的程序，就由以下的程式碼為例來介紹

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main()
{
    狀態1
    狀態2
    狀態3
    .
    .
    .
    
    狀態n
}

依照原本的邏輯來說，程序會按照順續從狀態1一直執行到狀態n，但如果加上中斷的話

main()
{
    狀態1
    狀態2
    狀態3
    .
    .
    .
    
    狀態n
}

void IRQ()
{
    狀態6
}

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那在我接收到中斷的請求之後，整段main的處理程序會暫停並且跑去執行中斷的狀態6，在執行完成中斷中的狀態6之後，就會回到main暫停的地方繼續往下執行，這樣的機制就叫做<font color="#f00">中斷</font>

### ARM (Advanced RISC Machine)

一個精簡指令集 （RISC） 處理器架構，使用在許多嵌入式系統設計。

在 MCU 上其 ARM 的架構會是 => ARM Cortex-M 系列

以 Holtek HT32F52352 為例 => Cortex-M0+

### 巢狀中斷 (Nested Interrupt)

何謂巢狀中斷，當一個中斷請求來未執行結束時，又有一個中斷請求送進來；此時，MCU 會優先執行權限最高的中斷。

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## 實作

請記得將 NVIC 功能開啟，此為開啟 UART 中斷觸發功能。


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## 利用中斷傳輸功能 :

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, 
                                       const uint8_t *pData, 
                                       uint16_t Size)

* UART_HandleTypeDef *huart : 填寫使用哪一組USART腳位
* const uint8_t *pData : 傳送 uint8_t 型態之字串
* uint16_t Size : 需傳送之字串之長度

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## 一般傳輸功能 :

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, 
                                    const uint8_t *pData, 
                                    uint16_t Size, 
                                    uint32_t Timeout)

* UART_HandleTypeDef *huart : 填寫使用哪一組USART腳位
* const uint8_t *pData : 傳送 uint8_t 型態之字串
* uint16_t Size : 需傳送之字串之長度
* uint32_t Timeout : 逾時持續時間，通常放入 HAL_MAX_Delay

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## 利用中斷接收訊息功能 :

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, 
                                      uint8_t *pData, 
                                      uint16_t Size)

* UART_HandleTypeDef *huart : 填寫使用哪一組USART腳位
* uint8_t *pData : 接收 uint8_t 型態之暫存字串
* uint16_t Size : 每次接收之字串長度，一般設為 1

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# DMA 功能

* DMA : Direct Memory Access ， 直接記憶體存取 / 存取。

* 通過硬體為 RAM 和 I/O 設備開啟一條直接資料傳輸通道，將資料直接從一個位置複製到另一個位置，傳輸的動作本身由 DMA 控制器實現。

* 允許某些電腦內部的硬體子系統（電腦外設），可以獨立地直接讀寫系統記憶體，而不需中央處理器（CPU）介入處理 。

* 作用：為 CPU 減輕負擔。

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# RS232 / RS485

# SPI (Serial Peripheral Interface)

為解決UART傳輸速度慢而產生之協定

由 4 個腳位組成的同步串列通訊介面，它的特色是高速、全雙工進行資料的傳輸，這種架構是由一個 Master (主設備) 和一個或多個 Slave (從設備) 組成。SPI 的典型應用包括：快閃記憶、EEPROM、SRAM、SD 卡與 TFT-LCD 等設備。


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* 4 腳位之 SPI 設備具有四個訊號 :
* Clock (SPI Clock , SCLK)
* Chip select (CS)
* main out, subnode in (MOSI)
* main in, subnode out (MISO)

* 可分為單工/半雙工/全雙工/同步 :
* 單工 : 線路上的訊號只能做單向傳送
* 半雙工 : 線路上的訊號可以雙向傳送，但是不能同時傳送
* 全雙工 : 線路上的訊號可以同時雙向傳送
* 同步 : 傳送端和接收端共用同一個 CLOCK


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* 同步與非同步之定義
* 非同步串列傳輸 : 傳送端與接收端只需約定是以 X 速率 (Clock Rate) 來傳輸，接收端的接收時脈 (Receiver Clock，RxC) 產生方式和傳送者的位元傳輸時脈 (Transmitter Clock，TxC) 是互相獨立無關的，此種傳輸方式是允許傳送與接收時脈的頻率不那麼同步 (允許一定程度的誤差) 的情況下進行，故稱為非同步傳輸

* 同步串列傳輸 : 對接收端而言並沒有自己的時脈產生電路，而是依據傳送端送過來的時脈來接收資料 (即傳送端和接收端共用同一個CLOCK)，傳送端以一條導線送出資料，同時以另一條導線送出傳送時脈，提供接收端之同步訊號

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## SPI 通訊時序

SPI 的通訊協定有兩個重要參數 CPOL/CPHA

1. 時脈極性 (Clock Polarity)
* CPOL = 0 ，時脈極性為 0 代表 SCK 空閒狀態為 "低電位"
* CPOL = 1 ，時脈極性為 1 代表 SCK 空閒狀態為 "高電位"

2. 時脈相位 (Clock Phase)
* CPHA = 0 ，時脈相位為 0 代表數據會在 "第一個 SCK 改變準位" 時被採樣
* CPHA = 1 ，時脈相位為 1 代表數據會在 "第二個 SCK 改變準位" 時被採樣

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* CPOL = 0 | CPHA = 0
* 數據會在 SCK 上升邊緣被採樣，在 SCK 下降邊緣時改變數據凖位並在半週期內完成資料閂鎖


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* CPOL = 0 | CPHA = 1
* 數據會在 SCK 下降邊緣被採樣，在 SCK 上升邊緣時改變數據凖位並在半週期內完成資料閂鎖


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* CPOL = 1 | CPHA = 0
* 數據會在 SCK 下降邊緣被採樣，在 SCK 上升邊緣時改變數據凖位並在半週期內完成資料閂鎖


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* CPOL = 1 | CPHA = 1
* 數據會在 SCK 上升邊緣被採樣，在 SCK 下降邊緣時改變數據凖位並在半週期內完成資料閂鎖


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SPI 的寫法是靠對寄存器下達 Command 順序會像是：起始位元、讀/寫位元、訪問位置、填入/改寫值

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| Eanable Bit | R/W | Register Address |
| ----------- | ----- | ---------------- |
| 0 / 1 | 0 / 1 | 6 |

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確定寫好之後，對照 Datasheet 中 Register Address 每個位置的功能

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## AD4130-8

1. 選擇線 (CS) 在低電位觸發
2. SCLK 在上升邊緣採樣，CLK 平時處於上升邊緣
3. 這表示 DIN 上的資料在 SCLK 的上升緣輸入，而 DOUT 上的資料在 SCLK 的下降緣輸出。
4. SPI Protocol mode 為 Mode 3

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### 訪問寄存器

寫入通訊暫存器的資料決定下一步操作是讀取還是寫入操作（R/W 位元），以及存取哪個暫存器（RS，位元 5 ~ 0）。 8 位元 COMMS 暫存器中的最高有效位元 (MSB) 必須設定為 0 才能啟用寫入作業（WEN 位元）。如果 WEN 設定為 1，則裝置不會對暫存器中的後續位元進行時脈處理。

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寫入模式：


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讀取模式：


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### 裝置復原

AD4130-8 的電路和序列介面可透過向裝置連續寫入 64 個 1 重設 。寫入 64 個連續的 1。此操作可重設 邏輯、數位濾波器和類比調變器，並將所有片上暫存器重設為預設值。如果串行介面因 SCLK 線路上的雜訊而變為非同步，重設將非常有用。當線路上的雜訊而導致串列介面不同步時，重設就非常有用。

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### Data 輸出編碼 < ADC_CONTROL >

ADC_CONTROL 寄存器中的雙極位元決定 ADC 資料的資料輸出編碼，以及裝置如何在後處理中應用偏移和增益係數。

預設情況下，雙極性位元設定為 1，相當於偏移二進位編碼。這種配置更適合用來表示從 -VREF/gain 到 VREF/gain 的雙極性輸入電壓。對於單極輸入配置，如果雙極性位元設定為 1，則輸入（AINP - AINM，AINP ≥ AINM）由 0x800000（零刻度）至 0xFFFFFF（滿刻度）之間的輸出代碼表示。

當雙極性位元設定為 0 時，資料輸出編碼變為自然（straight）二進位。這種配置更適合用來表示從 0V 到 VREF/增益的單極性輸入電壓。如果雙極性輸入配置的雙極性位元設定為 0，則 AINP < AINM 的所有情況都會被箝位在 0x000000（零刻度）。

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### 狀態位 < STATUS >

如果啟用多個頻道，每次輸出轉換時，都會附加狀態暫存器的內容，讀取資料暫存器的格式變成讀取資料暫存器的格式，變成 : 資料[23:0]，狀態[7:0]。

狀態暫存器（CH_ACTIVE 欄位）的四個最低位元 (LSB) 表示轉換對應於哪個頻道。

若要將狀態暫存器的內容附加到每次轉換中，可將 ADC_CONTROL 暫存器中的 DATA_STATUS 位元設為 1。

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### ADC 設定

可以為每個頻道選擇預先定義的 ADC 設定（CHANNEL_m 暫存器中的 SETUP_m 位元）。 AD4130-8 最多允許 8 個不同的 ADC 設定，每個 ADC 設定包括配置、濾波器、增益和偏移設定。

例如，SETUP_m = 0（ADC 設定 0）由 CONFIG_0 暫存器、FILTER_0 暫存器、OFFSET_0 暫存器和 GAIN_0 暫存器組成。

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### 寄存器配置

CONFIG_n registers 允許以下操作：
* 設定 PGA 增益值 (PGA_n)
* 設定 PGA 模式 (PGA_BYP_n)
* 選擇參考源 (REF_SEL_n )
* 啟用參考緩衝區 (REF_BUFP_n and REF_BUFM_n)
* 啟用並選擇燒毀電路 (BURNOUT_n) (診斷目的的電流源是否燒壞)
* 啟用和選擇激勵電流 (I_OUT1_n and I_OUT2_n)

### 濾波寄存器

FILTER_n registers 允許以下操作：
* 選擇 ADC 數據輸出端的數位濾波器 (FILTER_MODE_n)
* 選擇應用於篩選器的 FS 值 (FS_n, Bits[10:0])
* 選擇在此 ADC 設定中轉換的次數，從 1 ~ 32 次 (REPEAT_n)
* 設定前端建立時間，允許感測器輸出在轉換開始前達到穩定值 (SETTLE_n)

### 偏移與增益增益寄存器

偏移和增益設定用於在與 ADC 設定相關的通道上執行校準後調整資料輸出。

如果執行內部或系統偏移或滿量程校準，所選通道的增益和偏移暫存器將自動更新。

### ADC 轉換模式

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### 連續轉換模式

* 預設操作：此模式是 ADC（類比數位轉換器）的標準設置。這意味著，如果沒有任何額外的配置，ADC 將以這種方式運行。
* 連續轉換：在此模式下，ADC 不會停止將類比信號轉換為數字數據。它繼續執行此任務而不會暫停。
* 通道處理：ADC 可以處理多個通道，這意味著它可以轉換來自不同來源的信號。在連續轉換模式下，它逐一循環通過每個已啟用的（活動）通道。
* 順序和重複：從上次啟用的通道轉換信號後，ADC 不會停止。相反，它會返回第一個（最低）啟用的通道，然後再次啟動轉換過程。此週期無限次重複。
* 多個通道的效率：對於需要持續監控和更新來自多個來源數據的系統，此模式特別有效。它確保所有活動頻道都會定期轉換和更新，而無需手動干預。

### 單序列模式

此模式允許設備在所有啟用的通道上執行一系列轉換，然後自動切換到待機模式以節省電力。

* 啟用單序列模式：若要啟動此模式，請將模式寄存器設定為 0b0001。這會告知 ADC 每次激活只需通過其啟用的通道一次。
* 轉換期間的行為：在單序列模式下，任何嘗試通過 SPI（序列周邊介面）寫入設備都會被忽略。這可確保轉換過程不間斷。
* 通過同步引腳進行外部控制：可以在模式設定為 0b1010 時啟動替代單序列模式。此模式增加了使用 SYNC 接腳進行外部控制的功能。 -在此變體中，將 SYNC 引腳脈衝低，會暫時退出設備從閒置模式並觸發新的轉換序列。 -處於閒置模式時，ADC 的關鍵元件，特別是調製器和數位濾波器，會重置並保持非作用中，以節省電源，直到啟動新序列為止。

### 狀態寄存器

Address : 0x00
Reset : 0x10
Name : STATUS

說明 : ADC和介面狀態資訊寄存器。

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## Flash Memory

## SD卡 實作

SD 卡 (Secure Digital Memory Card)，一般有兩種接口 SPI 接口與 SDIO 接口

SDIO (Secure Digital Input Output) 全稱為安全數位輸入輸出


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SD 卡使用 9-pin 接口，3 根電源線、1 根時脈線、1 根命令線、4 根數據線 :
* CLK : 同步時脈線，由 SD 卡產生；使用 SPI 模式時該腳位與 SPI 的 SCK 相連。
* CMD : 命令控制線，透過此線發送指令控制 SD 卡，如果指令要求 SD 卡提供應答(回應)，SD 卡也是透過此線傳輸應答資訊；使用 SPI 模式時，此接腳與 SPI 匯流排的 MOSI 訊號相連，SPI 主機透過它向 SD 卡發送命令及數據，但因為 SPI 匯流排的 MOSI 僅用於主機向從機輸出訊號，所以 SD 卡回傳應答訊息時不使用該訊號線。
* DATA 0~3 : 它們都是數據線，傳輸讀寫數據，SD 卡可將 DATA 0 拉低表示忙狀態；在 SPI 模式下，DATA 0 與 SPI 匯流排的 MISO 訊號相連，SD 卡透過該訊號線向主機發送資料或回應，DATA 3 與匯流排的 CS 訊號相連，SPI 主機透過此訊號線選擇要通訊的 SD 卡。
* VDD / VSS1/ VSS2 : 電源和接地線。

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* SD 卡暫存器

一共有八個暫存器，用於設定或表示 SD 卡訊息，這些暫存器只能透過 command 訪問

| 名稱 | bit 寬度 | 描述 |
| --- | --- | --- |
| CID | 128 | card identification number |
| RCA | 16 | 相對地址 relative card address : 卡的本地系統位置 |
| DSR | 16 | driver stage register : 卡片的輸出驅動 |
| CSD | 128 | card specific data : 操作條件訊息 |
| SCR | 64 | SD configuration data : SD 卡特殊訊息 |
| OCR | 64 | operation conditions register |
| SSR | 512 | SD status : 卡專有的特徵訊息 |
| CSR | 32 | card status : 卡狀態訊息 |

### 控制說明

### 時序圖

通訊由一個起始位元 (“0”)，由一個停止位元 (“1”) 終止。

SD 通訊一般是主機 (MCU) 發送一個指令 (Command)，從裝置在接收到指令後作出回應 (Response)，如有需要會有資料 (Data) 傳送參與。

* Command and Respond
* 如附圖為讀取命令與接收命令時序圖
* Read Data
* 如附圖為讀取卡片的內容時序圖
* Write Data
* 如附圖為寫入卡片內容的時序圖

DataIn和DataOut線分別是SPI的MISO及MOSI訊號。

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### 格式

格式固定為 48 bit，都是通過 CMD 線傳輸，Data 線不參與傳輸

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* 起始與終止位元 : 指令的主體包含在起始位與終止位之間，它們都只包含一個資料位，起始位為 0，終止位為 1。
* 傳輸標示 : 用於區分傳輸方向，此位元為 1 時表示指令方向為主機傳送至SD卡，此位元為 0 時表示回應方向為 SD 卡傳送至主機。
* 命令 : 它固定佔用 6 bit，所以總共有 64 個指令 (代號：CMD0~CMD63)，每個指令都有特定的用途，部分指令不適用於 SPI，或不適用於 SD 卡操作，只是專門用於 MMC 卡或 SD I/O 卡。
* 地址訊息 / 參數 : 每個命令有 32 bit 位址資訊 / 參數用於命令附加內容，例如 : 廣播命令沒有位址信息，這 32 bit 用於指定參數，而尋址命令這 32 bit 用於指定目標 SD 卡的地址，當使用SDIO 驅動多張 SD 卡時，透過位址資訊區分控制不同的卡，使用 SPI 驅動時，透過選擇接腳來選擇不同的卡，所以使用這些指令時位址可填入任意值。
* CRC 校驗 ： 長度為 7 bit 的校驗位用於驗證命令傳輸內容正確性，如果發生外部干擾導致傳輸資料個別位元狀態改變將導致校準失敗，也意味著命令傳輸失敗，SD 卡不執行命令。使用SDIO驅動時，指令中必須包含正確的 CRC7 校驗值；而使用 SPI 驅動時，指令中的 CRC7 校驗預設是關閉的，即這CRC7 校驗位中可以寫入任意值而不影響通訊，僅在發送 CMD0 指令時需要強制帶標準的 CRC7 校驗。

### 回覆 Respond

SD卡接收到大部分指令後它都是回傳這個類型的回應，用來指示工作狀態，它是一個長度為1位元組的回應

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# ADC

ADC即數位類比轉換器，為一個將連續的類比訊號或者物理量(通常為電壓)轉換成數位訊號

ADC具備一些特性，包括：

* 類比輸入，可以是單通道或多通道類比輸入
* 參考輸入電壓，該電壓可由外部提供，也可以在ADC內部產生
* 時脈輸入，通常由外部提供，用於確定ADC的轉換速率
* 電源輸入，通常有類比和數位電源接腳
* 數位輸出，ADC可以提供平行或串列的數位輸出

# I2C

I2C，又稱 I²C(Inter-Interated Circuit)，在 I2C 的通訊協定中，收發資料只單純靠兩條線就能完成多個設備之間的通訊，分別為 SCL(serial clock) 以及 SDA(serial data)。


切記接上拉電組讓SCL、SDA由浮接(float)狀態轉變為高電位(High)狀態，才能確保I²C正常運行。

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## I²C 時序
I²C包含了六種結構


* 起始(Start condition) : 表示即將開始資料傳輸。
* 位址(Address) : 通常為7bits，表示要通訊的從設備（Slave Device）位址。
* 控制(R/W) : 接在位址後的第8bit，當R/W位元為0時，表示寫入資料 ; 當R/W位元為1時，表示讀入資料。
* ACK(Acknowledge): 每傳送完一個位元組(8bits)後，需要讀取接收端回傳的ACK bit(第9bit)來判斷資料是否接收成功。
* 資料(Data) : 為8bits，在SCL為低電位時改變SDA的狀態，在SCL為高電位時保持SDA的穩定。
* 結束(Stop condition) : 表示資料傳輸結束。

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### 起始(Start) 、 結束(Stop)


* Start : 當SCL高電位，SDA由高電位轉為低電位時，代表發出起始信號。
* Stop : 當SCL高電位，SDA由低電位轉為高電位時，代表發出結束信號。

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### 資料有效性

* 資料穩定 : 當SCL高電位時，會讀取SDA電位。
* 資料改變 : 當SCL低電位時，不會讀取SDA電位，此時能改變SDA電位。

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### ACK、NACK


* ACK(Acknowledge) : SDA低電位時，發送ACK信號，表示接收方成功收到資料。
* NACK(Not Acknowledge) : SDA高電位時，發送NACK信號，表示接收方未能成功收到數據或傳輸結束。

==還沒編輯完呦==

==感恩==

# 對韌體很重要的知識

## 變數

### volatile

在多執行緒中很重要的變數型態，指某個欄位可能是由同時執行的多個執行緒所修改 !

編譯器、執行階段系統，甚至硬體都有可能基於效能因素，而重新排列對記憶體位置的讀取和寫入。

加入 ==volatile== 修飾詞可確保所有的執行緒都會依執行寫入的順序，觀察任何其他執行緒所執行的暫時性寫入。

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三大特性：
* 變數具有可見性
* 避免指令優化重排
* 不保證 atomic

https://isdaniel.github.io/volatile-introduce/