一、STM32硬件架构与核心模块

1.1 芯片选型与型号命名规则

STM32系列采用”STM32F/L/H/WB/MP+系列号+引脚数+Flash容量”的命名规则。例如STM32F103C8T6中：

F表示主流型Cortex-M3内核
103为子系列号
C代表48引脚LQFP封装
8表示64KB Flash
T6指LQFP64封装

面试常考：根据应用场景选择型号（如低功耗选L系列，高性能选H系列），需掌握各系列内核、主频、外设资源的差异对比表。

1.2 存储器架构与地址映射

STM32采用冯·诺依曼架构，存储空间分为：

Code区（Flash）：存放程序代码
SRAM区：运行数据存储
外设寄存器区：通过总线访问

关键点：理解位带操作（Bit-Banding）机制，可将单个位的操作转换为32位地址的读写，示例代码：

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x02000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr))
#define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))
// 操作GPIOA的PIN5
#define GPIOA_ODR_Bit5 BIT_ADDR(0x4001080C,5) // PA5输出寄存器位带别名
void set_PA5() {
    GPIOA_ODR_Bit5 = 1; // 等效于GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BS5;
}

二、时钟系统与电源管理

2.1 时钟树配置

STM32时钟源包括：

HSI（内部8MHz RC振荡器）
HSE（外部4-26MHz晶振）
LSI（内部40kHz RC振荡器，用于RTC）
LSE（外部32.768kHz晶振）
PLL（时钟倍频器）

典型配置流程：

// 启用HSE并等待稳定
RCC->CR |= RCC_CR_HSEON;
while(!(RCC->CR & RCC_CR_HSERDY));
// 配置PLL为HSE*9=72MHz
RCC->CFGR &= ~RCC_CFGR_PLLSRC;
RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PLLSRC_HSE;
RCC->CFGR &= ~RCC_CFGR_PLLMUL;
RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PLLMUL9;
RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;
while(!(RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY));
// 切换系统时钟到PLL
RCC->CFGR &= ~RCC_CFGR_SW;
RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PLL;
while((RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS) != RCC_CFGR_SWS_PLL);

2.2 低功耗模式应用

STM32提供三种低功耗模式：

睡眠模式（Sleep）：CPU停止，外设继续运行
停止模式（Stop）：1.8V域时钟停止，保持SRAM和寄存器内容
待机模式（Standby）：1.8V域断电，仅RTC和备份寄存器工作

实现代码示例：

// 进入停止模式（通过WKUP引脚唤醒）
void enter_stop_mode() {
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);
    // 唤醒后重新配置系统时钟
    SystemClock_Config();
}

三、中断与异常处理机制

3.1 NVIC配置要点

嵌套向量中断控制器（NVIC）配置步骤：

使能外设中断（如GPIO->MODER配置）
配置NVIC优先级分组（通过SCB->AIRCR）
设置中断优先级和使能位

示例：配置EXTI0中断（PA0引脚）：

// 配置GPIO为输入模式
GPIO_InitTypeDef gpio = {0};
gpio.Pin = GPIO_PIN_0;
gpio.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio);
// 配置NVIC
HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4);
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
// 中断服务函数
void EXTI0_IRQHandler(void) {
    if(__HAL_GPIO_EXTI_GET_FLAG(GPIO_PIN_0)) {
        __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_FLAG(GPIO_PIN_0);
        // 处理中断逻辑
    }
}

3.2 优先级分组策略

STM32采用4位优先级（0-15），支持4种分组方式：

第0组：4位抢占，0位子优先级
第1组：3位抢占，1位子优先级
第2组：2位抢占，2位子优先级
第3组：1位抢占，3位子优先级
第4组：0位抢占，4位子优先级

选择原则：高实时性要求的中断（如定时器）设高抢占优先级，低实时性中断（如UART接收）设低优先级。

四、核心外设开发要点

4.1 GPIO配置与应用

GPIO工作模式包括：

输入模式（浮空/上拉/下拉）
输出模式（推挽/开漏，最大速度2/10/50MHz）
复用功能模式（连接外设）
模拟模式（连接ADC/DAC）

关键寄存器操作示例：

// 通过寄存器直接配置PA5为推挽输出
#define GPIOA_BASE 0x40010800
#define GPIOA_MODER *(volatile uint32_t*)(GPIOA_BASE + 0x00)
#define GPIOA_OTYPER *(volatile uint32_t*)(GPIOA_BASE + 0x04)
#define GPIOA_OSPEEDR *(volatile uint32_t*)(GPIOA_BASE + 0x08)
#define GPIOA_ODR *(volatile uint32_t*)(GPIOA_BASE + 0x14)
void config_PA5_output() {
    // 配置为通用输出模式（01）
    GPIOA_MODER &= ~(3 << (5*2));
    GPIOA_MODER |= (1 << (5*2));
    // 推挽输出（0）
    GPIOA_OTYPER &= ~(1 << 5);
    // 高速模式（11）
    GPIOA_OSPEEDR |= (3 << (5*2));
}

4.2 定时器高级应用

高级定时器TIM1/TIM8特性：

16位自动重装载计数器
4个独立通道（PWM/输入捕获/输出比较）
死区时间插入
刹车功能

PWM输出配置示例：

TIM_HandleTypeDef htim1;
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
void TIM1_PWM_Init() {
    htim1.Instance = TIM1;
    htim1.Init.Prescaler = 72-1; // 72MHz/72=1MHz
    htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim1.Init.Period = 1000-1; // 1kHz PWM
    htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);
    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 500; // 50%占空比
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
}

4.3 通信接口实现

USART异步通信配置：

UART_HandleTypeDef huart1;
void MX_USART1_UART_Init() {
    huart1.Instance = USART1;
    huart1.Init.BaudRate = 115200;
    huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    HAL_UART_Init(&huart1);
}
// 发送字符串函数
void UART_SendString(UART_HandleTypeDef *huart, char *str) {
    HAL_UART_Transmit(huart, (uint8_t*)str, strlen(str), HAL_MAX_DELAY);
}

I2C主从机通信要点：

主机模式需配置时钟速度（标准模式100kHz，快速模式400kHz）
注意起始/停止条件生成
地址传输为7位+读/写位

示例代码：

I2C_HandleTypeDef hi2c1;
void I2C_WriteRegister(uint8_t devAddr, uint8_t regAddr, uint8_t data) {
    uint8_t buf[2] = {regAddr, data};
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, devAddr<<1, buf, 2, HAL_MAX_DELAY);
}
uint8_t I2C_ReadRegister(uint8_t devAddr, uint8_t regAddr) {
    uint8_t data;
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, devAddr<<1, &regAddr, 1, HAL_MAX_DELAY);
    HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, devAddr<<1, &data, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return data;
}

五、调试与优化技巧

5.1 常见问题排查

时钟配置错误：检查HSE/HSI是否启动，PLL配置是否正确
中断不触发：验证NVIC优先级配置，检查中断使能位
外设不工作：确认时钟已使能（RCC->AHB1ENR/APBxENR）
通信异常：检查波特率计算，验证引脚复用功能

5.2 性能优化方法

DMA传输：减少CPU占用，示例：
```c
// 配置USART1的DMA发送
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_tx;

void DMA_USART_Init() {
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
hdma_usart1_tx.Instance = DMA1_Channel4;
hdma_usart1_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
hdma_usart1_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
hdma_usart1_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
hdma_usart1_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
hdma_usart1_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
hdma_usart1_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;
hdma_usart1_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_tx);

__HAL_LINKDMA(&huart1, hdmatx, hdma_usart1_tx);

}
```

内存管理：使用静态分配减少碎片，对实时性要求高的任务采用内存池
中断服务优化：保持ISR简短，复杂处理放在主循环或通过标志位触发

六、面试常见问题解析

STM32与51单片机的区别：
- 内核架构（ARM Cortex-M vs 8051）
- 资源丰富度（Flash/SRAM容量，外设种类）
- 开发效率（HAL库/LL库 vs 寄存器操作）
如何实现多任务调度：
- 裸机方案：前后台系统+状态机
- RTOS方案：FreeRTOS/RTX移植，任务创建与优先级分配
低功耗设计要点：
- 合理选择工作模式
- 外设时钟门控
- 动态电压调整（如STM32L系列）
硬件设计注意事项：
- 电源完整性（退耦电容布局）
- 信号完整性（高速总线布线）
- EMC设计（滤波电路）

本文系统梳理了STM32开发的核心知识点，通过代码示例和场景分析帮助读者建立完整的知识体系。实际面试中，建议结合具体项目经验阐述技术点的应用，展现解决实际问题的能力。

STM32嵌入式面试核心知识点全解析