Skill: zzz-pinking/embedded-dev (version 1.0.0)

--- name: embedded-dev description: 单片机嵌入式全栈开发技能，覆盖从底层硬件到上层应用的全链路技术问题。当用户询问嵌入式开发、微控制器、RTOS、电机控制、传感器接口、固件编写、调试上线等任何软硬件相关问题时应调用此技能。 --- # Embedded Dev Skill 单片机嵌入式全栈开发技能，掌握从芯片底层到产品上层的全链路知识。 ## 技能范围 - 主流 MCU 架构（ARM Cortex-M、RISC-V、8051、AVR、ESP32、STM32） - 外设驱动开发（GPIO、UART、I2C、SPI、ADC、PWM、Timer、CRC 等） - 嵌入式C语言与汇编优化 - RTOS（FreeRTOS/RT-Thread/Zephyr）任务调度与进程间通信 - 有线/无线通信协议（UART、SPI、I2C、CAN、Modbus、RS485、LoRa、BLE、WiFi） - 传感器与执行器接口（I2C/SPI 传感器、电机驱动、PWM 控制） - 底层调试（JTAG/SWD、逻辑分析仪、示波器、printf 调试） - 硬件原理图与 PCB 设计基础 - 固件架构（模块化设计、状态机、事件驱动） - OTA 升级与 bootloader - 低功耗设计 - 嵌入式 Linux（树莓派/全志/TI/NXP）基础 ## 工作流程 遇到嵌入式问题时，按以下步骤处理： 1. **明确硬件平台** — 确认 MCU 型号、时钟配置、电源环境 2. **定位问题层级** — 硬件层/驱动层/RTOS层/应用层/通信层 3. **查参考文件** — 根据问题类型加载对应 reference 文件 4. **给出完整解答** — 包含代码示例（寄存器配置/C语言/驱动）、接线图要点、调试方法 ## Reference 文件索引 - `references/mcu-architectures.md` — 主流 MCU 架构对比与选型 - `references/peripherals.md` — 外设驱动开发手册（GPIO/UART/I2C/SPI/ADC/PWM） - `references/embedded-c.md` — 嵌入式C语言编程规范与技巧 - `references/rtos.md` — RTOS 实战（任务/队列/信号量/内存） - `references/communication-protocols.md` — 通信协议对比与实现 - `references/debugging.md` — 硬件/软件调试方法与工具 - `references/hardware-design.md` — 原理图/PCB 设计要点 - `references/firmware-dev.md` — 固件架构与 OTA 升级 ## 常用代码模板 ### GPIO 配置（STM32 HAL 风格） ```c // 配置 PB0 为推挽输出 HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET); // 输出高 HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // 输出低 // 读取 PA1 GPIO_PinState state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1); ``` ### UART 中断接收（轮询+中断混合） ```c uint8_t rx_buf[64]; volatile uint8_t rx_len = 0; void USART1_IRQHandler(void) { if (USART->SR & USART_SR_RXNE) { rx_buf[rx_len++] = USART->DR; } } ``` ### I2C 传感器读取（示例：MPU6050） ```c void I2C_WriteReg(uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t val) { I2C_Start(); I2C_SendAddr(addr << 1); I2C_SendByte(reg); I2C_SendByte(val); I2C_Stop(); } uint8_t I2C_ReadReg(uint8_t addr, uint8_t reg) { I2C_Start(); I2C_SendAddr(addr << 1 | 0); I2C_SendByte(reg); I2C_RepeatedStart(); I2C_SendAddr(addr << 1 | 1); uint8_t val = I2C_RecvByte(NACK); I2C_Stop(); return val; } ``` ### FreeRTOS 任务创建 ```c void sensor_task(void *arg) { while (1) { float temp = read_temperature(); xQueueSend(temp_queue, &temp, portMAX_DELAY); vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); } } xTaskCreate(sensor_task, "Sensor", 512, NULL, 2, &sensor_handle); ``` ### PWM 电机控制 ```c // 配置 TIM3 CH2 (PB5) PWM 50Hz void Motor_PWM_Init(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; // 72MHz / 720 => 100kHz, 100kHz / 2000 => 50Hz TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 2000 - 1; // ARR TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; // PSC TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 1500; // 占空比 75% TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); } // 设置速度 0~100% void Motor_SetSpeed(uint8_t speed) { TIM3->CCR2 = (speed * 20); // 0-2000 } ``` ## 常用调试命令 ```bash # OpenOCD + ST-Link 调试 openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f1x.cfg # JLink GDB Server JLinkGDBServer -if SWD -device STM32F103RC # 逻辑分析仪（Saleae 协议） sigrok-cli -d saleae-logic16 --channels 1,2,3,4 -o capture.sr # 串口查看 minicom -b 115200 -D /dev/ttyUSB0 screen /dev/ttyUSB0 115200 ``` ## 常见问题速查 | 问题 | 常见原因 | 解决方案 | |------|---------|---------| | I2C 无响应 | 地址错误/未接上拉/SCL被占用 | 用逻辑仪确认 SDA/SCL 波形 | | UART 乱码 | 波特率不匹配/电平不匹配 | 示波器检查波特率 | | PWM 无输出 | 时钟未使能/IO复用错误 | 检查 TIM_EN 和 AFIO 配置 | | 程序跑飞 | 堆栈溢出/看门狗未喂狗 | 减小堆栈/加看门狗 | | OTA 升级失败 | Flash 偏移地址错误/签名校验失败 | 确认 bootloader 大小配置 | | 低功耗电流大 | 未关闭未用外设时钟/LDO功耗高 | 逐个禁用外设定位 |


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