RTOS训练营晚课学员问题

Posted 2022-07-28 韦东山

1. 问： 我去别的城市工作要换手机号怎么办？

答： 更换手机号，单独联系 班主任 处理。

2. 问： 今天是文字直播？/现在有视频直播吗？

答： 碰到疑难问题，才会用视频直播。今天应该不会有视频直播。

3. 问： 单片机的裸机课预计上几次课？

答： 裸机课程3、4次课。

4. 问： 学这个课程是不是需要把单片机基础看一遍呢？

答： 不用，RTOS重在软件，单片机操作不多；后面会讲ARM架构。

5. 问： 如果遇到当晚培训没空，看回课后资料，应该没什么区别跟错过的东西吧？

答： 就是缺了互动，其他没区别。

6. 问： 为啥程序都是从0x80000000开始？

答： 在这节课只是假设的一个地址。

7. 问： stm系列代码运行在片上flash吗？

答： 我们假设它在Flash上运行，讲到ARM架构时可以让程序在RAM里运行。

8. 问： CPU如何访问Flash、RAM、GPIO这些内存或外设？

答： CPU大爷使用不同的地址，访问RAM，GPIO，FLASH。从这个角度看，GPIO、RAM、Flash地位相同。

​ a. RAM的特性就是：写什么进去，读出来仍然是什么。

​ b. Flash的特性就是：不能轻易写数据进去，可以读。

​ c. GPIO的特性就是：写数据进去有特殊的含义，可能是让引脚变为高电平、低电平。

​ 这几个儿子，功能都不一样。但是在大爷眼里，都是儿子，都有地址，都是使用地址来访问的。

9. 问： 地址可以随便写吗，比方说写地址0？

答： 这个地址存在对应的设备才可以，就想7个葫芦娃，你想使唤第8个，那是不存在的。也就是说，访问的地址必须是芯片规定给的地址范围才可以。你写一个地址，涉及芯片时，这个地址没有设备：写它的话，就没有任何作用。

10. 问： a=123这个怎么看是写内存的地址？地址是123吗？写到哪里去了？

答： a是变量，变量可读可写，只能在RAM里。123是要写入的值，地址在链接程序时分配的，要查看分配的是哪个地址可以运行的时候调试查看。

11. 问： “Flash的特性就是：不能轻易写数据进去，可以读” 不太理解

答： 我们开发程序时，烧写程序，就是烧写到Flash上，断电后，Flash的内容也不会丢失，Flash上存的是程序，很宝贵，无法简单地写数据进去，必须经过特殊步骤：比如擦除后才能写，比如写的时候要先解锁。如果Flash能轻易写数据进去，你的程序就很容易被破坏。

12. 问： 前面例程的变量a和p在flash烧录文件里也是以地址+数据形式存在吗，这里的“地址”可以自定义分配吗？

答： a = 123; p =xxx;在Flash中是这样保存的：假设编译器给a、p分配的地址分别是addr1, addr2。a = 123; 变成几条汇编指令，如下：

MOV R0, ADDR1
MOV R1, #123
STR R1, [R0]

看不懂汇编没关系，ARM架构里会讲。翻译一下：

a = 123; 变成几条汇编指令：

• 把addr1的值放进CPU的内部寄存器R0；
• 把123的值放进CPU的内部寄存器R1；
• 把R1的值写到一个地址上去，哪个地址？R0里就是地址值；

关键的地方来了：a = 123:

• 把123这个数，写到变量a去，就是写addr1对应的内存；
• 在汇编码中，隐含有了addr, 隐含有了123；
• 执行完汇编指令，来自Flash的数值123，被写到了内存addr1 地方；

13. 问：p = (volatile unsigned int *)(0x40010800 + 0x0c)中的volatile unsigned in可以不写吗？

答： 可以不写，会有警告。

14. 问： cpu不是将flash数据读取到RAM中，在RAM中执行吗？还可以直接读gpio地址吗？

答： 这是不对的。CPU是把Flash的数据，读入CPU内部，在CPU内部执行。对RAM的访问只有2种：读、写。

看这个 a = a + b：

• 从内存读a，存入CPU；
• 从内存读b，存入CPU；
• CPU内部：val = a + b；
• 把val写到内存a处；
• 对于内存RAM，只有读、写操作；对于Flash，在这里只有读操作，CPU从Flash上读到执行，在CPU内部执行指令：

15. 问： 内存管理器需要配置各个外设的地址范围吗？或者说可以配置吗？需要配置吗？

答：

• 一般无法配置；
• 无论是103，还是其他芯片比如IMX6ULL，芯片手册都会有一章：memory map，里面讲的就是，芯片上各个设备的地址范围；

16. 问： 变量和数据是分开在两片区域存储的 ？

答：

• 变量a，地址为0x20000000，链接程序时就确定了，程序运行时它在内存里，注意是运行时；

• a=123这是指令，指令里有数据123，它在Flash上；

• 执行完a=123后，内存地址0x20000000处的值就被写为123；

• 123这个值，来自Flash，被传到了RAM

17. 问： 汇编里的寄存器，和GPIO这些寄存器有什么区别，是访问方式和地址不同么？

答：

寄存器，这个词取得很不好。CPU内部的寄存器，GPIO上的寄存器，完全不是一回事：

• CPU里面的寄存器，使用汇编指令来读写；
• GPIO上的寄存器，像内存一样，CPU发出地址信号、数据信号，来读写它；

18. 问： 这个传话人是我们编程写好吗？比如发地址给它，然后发出片选信号？

答： 芯片设计时，硬件就设计好了，软件无法更改。

19. 问： 地址长度为什么都是4？

答： ①首先，这里是有个前提的：是在32位的机器下。②这32位就限制了内存地址的长度只能是32位也即是4个字节，所以我们使用sizeof获得一个指针变量的长度时，就只能得到一个结果，那就是4个字节长度。③对于32位CPU，CPU大爷能发出32条地址线，所以地址的值，就是用32bit来表示。④各种变量大小不同，但是它的地址，准确地说首地址，都是32位的。⑤指针变量，用来保存地址，所以任何的指针变量，sizeof(XXX *)都是4字节，也就是32位。

20. 问： char buf[1000] ,没初始化，sizeof(buf)也是4吧？

**答：**是1000。没初始化的意思只是里面的值没设置，但是占用的空间CPU给你保留下来了。

21. 问：

ldr	r0, =0x20000000
ldr	r1, =123
str	r1, [r0] 

怎么判断是数据还是地址？
答： 前面无法判断是数据还是地址，用起来是才知道是数据还是地址。在第3条指令：STR R1, [R0] 这是一条写内存指令，R1是数据，R0是地址。如果你这样写：STR R0, [R1]，那么 R0是数据，R1是地址。STR是store的意思。

22. 问： 能不能这样理解程序运行的过程：

​ 程序存储在Flash中（待处理） CPU每次执行一句代码（处理一句代码），将每次执行的结果存储到RAM中（无论堆还是栈），如果需要就在RAM中提取数据（比如GPios－ODR寄存器）。
答： 结果不一定保存到RAM，比如：*p = 1;p指向GPIO寄存器，那么这条指令就是 去写GPIO寄存器，结果是写到了GPIO去了。当然，p的值是来自RAM。“每次执行的结果存储到RAM中”： 错在**“每次”**

23. 问： arm指令集和thumb指令集都是32为寻址吗？

答： 是的。Flash上每条thumb指令时16位的，但是CPU去读Flash、读写RAM、读写GPIO时，发出的地址线是32位的。CPU得到了16位的指令，根据16位的指令：比如 STR R0, [R1], 它是把R1的32位数值发送到地址线去。所以thumb还是arm指令，并不影响寻址的地址线长度。

24. 问： 在Linux里运行自己写的程序，可以删除自己的可执行文件，为什么说单片机里的程序在Flash？

答： Linux是把程序读入RAM，然后运行；单片机也可以把Flash上的程序读入RAM运行，然后擦除Flash，只是单片机RAM没那么大，我们可以不把Flash上的代码复制到RAM。

25. 问： 提到首地址了，老师有时间可以讲一下pack指令吗？什么情况下需要使用对齐，如何使用：

struct 
 char c;
 int a;
;

答： 首先，这个结构体多大？按理说，char是1字节，int是4字节，所以这结构体是5字节。但是，如果这样分配空间的话，int a的地址就是奇数，访问效率不高。所以，这个结构体对于char c，仍然分配4字节，即使只用1字节。我们能否强制让它分配5字节？可以，用pack指令，具体用法可以百度搜索。

26. 问： cortex-m系列我可以理解为代码位于Flash上，变量位于RAM上吗？这样从Flash取指令速度会不会受限？这是cortex-m系列的特点吗？

答： 这样理解没什么问题。其实是可以将M系列Flash上的代码放到其RAM里去运行的，如果RAM空间足够的话。在Flash上速度确实会慢一点，基于成本考虑可以忍。

27. 问： FreeRTOS的任务堆栈一般是动态分配的吗？动态分配一般不会溢出的吧？

答： 动态分配更方便，但是一些追求极致稳定的系统不允许动态分配。

28. 问： 在32位将其中，结构体为什么分配四字节对齐访问效率会更高？

答： 首先看下这张图：

CPU去访问位宽为32的RAM时，硬件上一次读写是以32位为单位的，比如：即使读一个char c，内存控制器也是去RAM上读到32位的数据就是4字节数据，把其中一字节返回给CPU。①对于上图的变量a，可以一次性读、写完；②对于上图的变量b，要读2次：第1次读得到下图椭圆中的4字节：

第2次读，得到下图椭圆中的4字节：

然后组合下图中的椭圆中的内容：

这样的操作有个什么问题呢？效率特别的低下，速度特别的慢！而且硬件还不一定支持这样寻址读取。

29. 问： 有个内存控制器用片选帮忙寻址相应设备，既然每个设备都有自己的固定的内存地址，为什么还要需要片选选中某个设备呢

答： 因为大家共享地址线、数据线，纯粹的通过地址线寻址CPU是无法区分找到的是谁家。