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嵌入式基础知识复习（7.28）

news 2025/7/29 6:53:44

前瞻

1、嵌入式产品。特点：低功耗、根据用户需求定制。硬件：arm处理器。软件：Linux操作系统

arm架构：精简指令集、低功耗（移动/嵌入式）。 x86架构：复杂指令集、高功耗。（PC机/服务器）

Linux操作系统：开源可裁剪。 windows操作系统：非开源不可裁剪。

2、Linux发行版之一：ubantu。即对Linux内核进行封装和功能完善，形成了一个方便用户交互的完整操作系统。（详细见附录一）

3、C语言：面向过程的编程语言。（详细介绍见附录二）

4、 计算机基本组成：cpu、ram（内存）。

cpu负责控制与运算、存储器负责数据中转。

存储器分类：ram（随机存储器，掉电数据丢失）、rom（只读存储器）

计算机存储最小单元：字节（byte）。1byte = 8bit。每个存储单元对应一个内存地址。

（详细见附录三）

前瞻结束

1、C语言数据类型：

1）常量：程序运行过程值不变的量。整型常量、字符常量

变量：程序运行过程值改变的量。变量可以看成一段内存空间，程序运行结束空间销毁。

2）整型常量：十进制8、八进制01000、十六进制0x8。

浮点型常量：1.23、0.123e1 （常量小数默认是双精度，详细见附录四）。

字符常量（ascll码）：'a'、'\n'、'1'、'!'，实际上亦可以看成整型，因为每一个字符都可以转化为对应整型数字。

宏常量：#define N 10；

3）整型变量：（无符号）短整型（unsigned）short：2字节

（无符号）整型（unsigned）int 4字节

（无符号）长整型（unsigned）long 8字节

浮点型变量：单精度浮点型 float 4字节

双精度浮点型 double 8字节

字符变量：（unsigned）char 1字节

字符常量用单引号括起来，当单引号里面有多个字符，默认值是最后一个字符。

4）整数存储方式：补码存储。

正数补码是它本身，负数补码是原码取反加一（最高位符号位不变）。

当存储时数字超过类型范围会发生溢出，存储错误的结果（如unsigned char 256，实际存储0）。

单精度浮点数存储方式：符号位1位，阶码8位，尾数23位。计算如下：

x = (-1)^s × (1.M) × 2^(E-偏移值)，其中，s是符号位，M是尾数（不包括隐含的1），E是阶码，偏移值对于32位浮点数是127，对于64位浮点数是1023。

5）十进制转二进制：整数部分：除二取余法。小数部分：乘二取整法。

二进制转十进制：按位乘2的n次方再加起来。

二进制转八进制：每三位二进制转一位八进制。

二进制转十六进制：没四位二进制转一位十六进制

6）

附录零：ubantu快捷键、终端命令、vim编辑器命令

//ubantu常用快捷键、终端命令、vim编辑器命令
终端命令：
ls                列出当前目录下文件及目录
ls -a             额外列出隐藏内容。 .是目录本身，..是上一层目录，带点文件是隐藏文件。
ls --help         获取命令使用方法
pwd               打印当前路径
cd                回到家目录。
cd ..             退回上一层目录
touch 文件名      创建文件
mkdir 目录名      创建文件夹
rm 文件名         删除文件 
rm 文件夹 -r      删除文件夹
cp 文件 目录      文件拷贝至指定目录 
cp 文件夹 目录 -r 文件夹拷贝 
mv 文件 目录      移动文件
vi/vim 文件名     编辑文件
gcc 文件名（main.c）        c程序编译，生成a.out可执行程序
gcc 文件名 -o 目标名        编译生成指定目标名
./a.out                    可执行程序运行补充：linux@ubantu：@前面是用户名，@后面是主机名相对路径：相对当前路径来说的路径（不包含根目录）。绝对路径：从根路径开始描述（包含根目录）。~/是家目录，扩展开是/home/linux。绝对路径的第一个/就是是linux根目录，后面/是分隔符。命令组成：command [-option] [argument]命令符    选项       参数vim编辑器命令：刚进入默认命令模式，输入i进入编辑模式（INSERT），按ESC回到命令模式（NORMAL）.保存退出：  ：w保存   ：q退出文件   ：q!强制退出   ：wq保存退出复制粘贴：命令模式下，移动光标到要操作的行：       yy        复制1行数字 yy    复制n行（包含当前行）p         粘贴（以光标下1行为粘贴的第1行）dd        剪切1行数字 dd    剪切n行permission denied    表示权限不足，要在命令前加sudo，输入用户密码。不用随意点击终端、vim界面的窗口关闭（×），容易造成文件内容未保存丢失。快捷键：
ctrl alt t    开启终端
ctrl shift +  终端字体放大
ctrl -        终端字体减小
tab           文件名自动补全
ctrl+alt+fn+f2    回到图形交互界面（默认开机界面）      
ctrl+alt+fn+f3    进入文字交互界面（可用于帧缓冲相关程序运行）

附录一 ubantu与Linux内核

你的笔记基本正确，但表述可以更严谨。以下是综合搜索结果后的修正与补充说明：

Linux发行版与Ubuntu的关系

核心概念
- Linux内核：由Linus Torvalds维护的操作系统核心，负责管理硬件资源（CPU、内存、设备驱动等）。
- 发行版（Distribution）：在内核基础上集成图形界面、软件包管理工具、应用程序等，形成完整的操作系统。
- Ubuntu：是基于Debian的Linux发行版之一，由Canonical公司维护，以用户友好性和稳定性著称。
你的笔记修正
- 原句：“对Linux内核进行封装，形成方便用户交互的版本”
- 更准确表述：
  Ubuntu是基于Linux内核的完整操作系统发行版，不仅封装内核，还集成了桌面环境（如GNOME）、软件包管理器（APT/Snap）、系统工具和社区支持，提供开箱即用的用户体验。
补充说明
- 封装内容：除内核外，还包括：
  - 桌面环境（如Ubuntu默认的GNOME）
  - 软件仓库（通过APT管理数千个开源软件包）
  - 系统工具（如防火墙、虚拟化支持）
  - 定制优化（如Ubuntu对Debian软件包的兼容性调整）
- 交互设计：Ubuntu特别注重桌面用户的易用性，如图形化安装界面、Unity/GNOME桌面环境等。

Ubuntu与其他发行版的区别

特性	Ubuntu	其他发行版（如Fedora、CentOS）
基础	基于Debian，但软件包不完全兼容	Fedora基于RHEL，CentOS是RHEL的社区版
更新周期	每6个月发布新版本，LTS版支持5-10年	Fedora更新更快，RHEL/CentOS更注重稳定性
目标用户	个人桌面、开发者、云计算	Fedora面向技术爱好者，RHEL面向企业

总结与建议

笔记修正建议：
- 明确Ubuntu是“基于Linux内核的发行版”，而非单纯“封装内核”，强调其完整操作系统属性。
- 补充Ubuntu的衍生版本（如Kubuntu、Xubuntu）和特色功能（如Snap包管理）。
扩展学习：
- Linux内核与发行版的关系类似“引擎与整车”，内核提供基础能力，发行版决定用户体验。
- 其他主流发行版包括Debian（Ubuntu上游）、Red Hat（企业级）、Arch Linux（极简主义）等。

如需更详细的技术对比，可参考Ubuntu官方文档或Linux内核开发资料。

附录二 C语言详细介绍

C语言全面介绍：从历史发展到现代应用

C语言作为计算机科学领域最具影响力的编程语言之一，自1972年诞生以来，一直是系统编程和底层开发的首选工具。本文将全面介绍C语言的发展历程、语言特点、标准演进以及广泛的应用领域。

一、C语言的历史与发展

C语言的起源可以追溯到1960年代的ALGOL 60语言，经过多个阶段的演变才形成今天我们熟知的C语言。

前身语言：
- ALGOL 60（1960年）：面向问题的高级语言，但离硬件较远
- CPL语言（1963年）：剑桥大学在ALGOL 60基础上开发，更接近硬件但过于复杂
- BCPL语言（1967年）：Martin Richards简化CPL而来
- B语言（1970年）：Ken Thompson在BCPL基础上进一步简化，用于编写第一个UNIX操作系统
C语言的诞生：
- 1972年，贝尔实验室的Dennis Ritchie在B语言基础上设计出C语言（取BCPL的第二个字母）
- 1973年，C语言主体完成，并用它重写了UNIX操作系统（90%以上代码）
- 1978年，AT&T贝尔实验室正式发表C语言，同时Kernighan和Ritchie合著《The C Programming Language》（简称K&R）
标准化进程：
- K&R C：1978-1989年间事实上的标准
- ANSI C（C89）：1989年美国国家标准学会制定，1990年被ISO采纳为ISO C（C90）
- C99：1999年ISO发布，增加新特性
- C11：2011年发布，支持汉字函数名和标识符
- C18：2018年发布，主要是对C11的修正
- C23：最新的C语言标准（2023年发布）

二、C语言的核心特点

C语言之所以能经久不衰，得益于其独特的设计理念和语言特性：

高效性与低级控制：
- 直接访问内存物理地址，进行位一级操作
- 代码效率高，通常只比汇编语言低10%-20%
- 不需要运行环境支持，编译后可直接运行
结构化与模块化：
- 层次清晰，便于按模块化方式组织程序
- 易于调试和维护
- 丰富的运算符和数据类型，便于实现复杂数据结构
可移植性强：
- 标准规格写的程序可在多种平台编译运行
- 从嵌入式处理器到超级计算机都支持
- 与特定硬件架构解耦
兼具高级与低级语言特性：
- 具有高级语言的抽象能力
- 保留低级语言的硬件操作能力
- 既适合系统软件开发，也适合应用软件开发
丰富的表达能力：
- 处理能力极强，可处理各类复杂问题
- 绘图能力强，适合图形和动画开发
- 支持多重编程范式（过程式、数据抽象等）

三、C语言的版本与编译器

主要版本：
- Microsoft C（MS C）
- Borland Turbo C
- AT&T C
- GNU C（GCC）
现代常用编译器：
- GCC：GNU组织开发的开源免费编译器，支持多平台
- Clang：基于LLVM的开源编译器，BSD协议
- Visual C++：微软开发的Windows平台编译器
- MinGW：Windows下的GCC移植版
- Xcode：macOS上的开发环境，使用Clang
集成开发环境(IDE)：
- Windows：Visual Studio、Dev-C++、Code::Blocks
- Linux：Eclipse CDT、KDevelop
- 跨平台：CLion、VS Code（配合插件）

四、C语言的应用领域

C语言因其独特的优势，在计算机科学的多个领域都有广泛应用：

系统软件开发：
- 操作系统内核（UNIX、Linux、Windows）
- 编译器（如GCC）、解释器
- 设备驱动程序
- 文件系统和存储管理
嵌入式系统：
- 单片机开发（裸机或RTOS）
- 智能家居设备（空调、洗衣机控制器）
- 汽车电子（ECU、BCU）
- 医疗设备（监护仪、血糖仪）
高性能计算：
- 游戏引擎开发（Unity、Unreal）
- 图形渲染和3D建模
- 科学计算和数值分析
- 信号处理（DSP）
网络与安全：
- 网络协议栈实现（TCP/IP）
- Web服务器（Apache）
- 加密算法和安全系统
- 防火墙和入侵检测
数据库系统：
- MySQL
- SQLite
- PostgreSQL
- Oracle和SQL Server的核心组件
工具链开发：
- 开发其他编程语言（Python、PHP等的解释器）
- 构建系统和版本控制工具
- 性能分析工具
多媒体处理：
- 音视频编解码（FFmpeg）
- 图像处理（OpenCV）
- 语音识别和合成

五、C语言的职业方向

掌握C语言可开启多种职业路径：

系统软件工程师：开发操作系统、编译器、工具链等系统软件
嵌入式系统工程师：设计嵌入式软件，应用于智能设备、汽车电子等领域
游戏引擎开发工程师：开发高性能游戏引擎和图形渲染系统
网络安全工程师：开发安全系统和加密算法，保护系统安全
数据库开发工程师：设计和优化数据库管理系统
物联网(IoT)开发工程师：开发智能设备和物联网解决方案
自动化测试工程师：开发底层测试框架和工具

六、C语言的影响与未来

对后续语言的影响：
- 直接催生了C++、Objective-C、C#等语言
- 影响了Java、JavaScript、Python等语言的语法设计
- 成为许多新语言的学习参考
在现代开发中的地位：
- 仍然是系统编程和性能敏感领域的首选
- 在物联网和边缘计算时代获得新的应用场景
- 作为计算机科学教育的基石语言
未来展望：
- 随着C23标准的发布，语言持续现代化
- 在安全性和并发支持方面不断改进
- 仍将是底层开发和系统编程的核心工具

七、学习C语言的建议

从基础开始：掌握数据类型、控制结构、函数等基本概念
深入理解指针：这是C语言最强大也最容易出错的部分
实践项目驱动：通过实际项目（如小型操作系统、游戏等）巩固知识
阅读优秀代码：学习Linux内核等开源项目的代码风格和设计
关注现代特性：了解C11、C17和C23引入的新特性

C语言作为一门接近50年历史的语言，依然活跃在技术前沿，其设计理念和哲学影响了几代程序员。无论是想深入理解计算机系统，还是从事底层开发工作，C语言都是不可或缺的核心技能。

附录三计算机基本组成

你的笔记基本正确，但部分表述可以更严谨，以下是补充和修正后的版本，结合了搜索结果中的权威信息：

计算机基本组成

CPU（中央处理器）
- 功能：
  - 控制：作为计算机的"指挥中心"，通过控制器（CU）从内存取指令、译码并生成控制信号。
  - 运算：通过算术逻辑单元（ALU）执行算术（如加减乘除）和逻辑运算（如与、或、非）。
- 组成：
  - 运算器（ALU） + 控制器（CU） = CPU核心。
  - 寄存器：高速暂存指令和数据（如程序计数器PC、指令寄存器IR）。
  - 缓存（Cache）：分L1/L2/L3三级，缓解CPU与内存速度差异。
RAM（随机存储器）
- 功能：临时存储CPU正在处理的程序和数据，断电后丢失（易失性）。
- 分类：
  - DRAM：动态RAM，需刷新（如内存条），成本低但速度较慢。
  - SRAM：静态RAM，无需刷新（如CPU缓存），速度快但成本高。

存储器分类与特性

类型	特性	用途
RAM	- 可读写，速度快 - 易失性（断电数据丢失）	临时存储运行中的程序和数据
ROM	- 通常只读，写入需特殊操作（如固件升级） - 非易失性（断电保留数据）	存储BIOS、嵌入式系统固件

注：ROM演进类型包括PROM（一次性写入）、EPROM（紫外线擦除）、EEPROM（电擦除）和闪存（如SSD）。

存储单元与寻址

最小单元：
- 字节（Byte） = 8 比特（bit），是数据存储的基本单位。
- 内存地址：每个字节对应唯一地址，CPU通过地址访问数据。
扩展概念：
- 字（Word）：CPU一次处理的数据长度（如32位系统为4字节）。
- 存储字长：存储单元中二进制代码的位数（如64位系统的字长为64bit）。

修正建议

CPU部分：
- 补充控制器（CU）和运算器（ALU）的协同关系。
- 增加寄存器组的作用（如PC、IR）。
存储器分类：
- 明确ROM的"只读"是历史名称，现代ROM（如EEPROM）支持有限写入。
存储单元：
- 区分"字节"与"字"的概念，避免混淆。

冯·诺依曼体系结构

计算机硬件五大核心组件：控制器、运算器（合为CPU）、存储器、输入设备、输出设备，通过总线连接。你的笔记中"存储器负责数据中转"可更精确为"存储器（内存+外存）存储程序和数据，供CPU直接访问"。

附录四小数在C语言默认双精度类型。

在Linux系统中，浮点数常量的默认类型是双精度浮点数（double）。这一规则不仅适用于Linux系统，也是C/C++语言标准的通用规范。以下是具体分析：

1. 语言标准与默认类型

C/C++标准规定：根据C语言标准（如C18）和C++标准，未添加后缀的浮点数常量（如3.14、1.23e-5）默认类型为double。
- 若需指定为单精度（float），需显式添加后缀f或F（如3.14f）。
- 后缀l或L表示long double（更高精度）。

示例代码：

double a = 3.14;   // 默认double类型
float b = 3.14f;   // 显式声明为float

2. 硬件与系统实现

IEEE 754标准：Linux系统遵循IEEE 754浮点数标准，double类型通常占用64位（8字节），提供约15-17位有效数字，而float为32位（4字节），仅6-7位有效数字。
性能与精度权衡：现代处理器（如x86、ARM）对双精度运算有硬件优化，默认使用double可减少精度损失，但可能增加内存和计算开销。