外设

这些外设很有用，因为它们允许一个开发者将处理工作交给它们来做，避免了必须在软件中处理每件事。就像一个桌面开发者如何将图形处理工作让给一个显卡那样，嵌入式开发者能将一些任务让给外设去做，让CPU可以把时间放在做其它更重要的事上，或者为了省电啥事也不做。

如果你看向从1970s或者1980s的旧型号的家庭电脑的主板(其实，昨日的桌面PCs与今日的嵌入式系统没太大区别)，你将看到:

• 一个RAM芯片
• 一个I/O控制器

RAM芯片，处理器将会通过一系列并行的迹(traces)又被称为一个”总线”将ROM芯片和I/O控制器(这个系统中的外设)加进来。这个总线搬运地址信息，其用来选择处理器希望跟总线上哪个设备通信，还有一个用来搬运实际数据的数据总线。在我们的嵌入式微控制器中，应用了相同的概念 - 只是所有的东西被打包到一片硅片上。

然而，不像显卡，显卡通常有像是Vulkan，Metal，或者OpenGL这样的一个软件API。外设暴露给微控制器的是一个硬件接口，其被映射到一块存储区域。

在一个桌面系统上，访问内存被MMU，或者内存管理单元紧紧地控制着。这个组件有两个主要责任: 对部分内存加入访问权限(防止一个进程读取或者修改另一个进程的内存);重映射物理内存的段到软件中使用的虚拟内存范围上。微控制器通常没有一个MMU，反而在软件中只使用真实的物理地址。

虽然32位微控制器有一个从0x0000_0000到0xFFFF_FFFF的真实的线性的地址空间，但是它们通常只使用几百KiB的实际内存。有相当大部分的地址空间遗留。在早期的章节中，我们说到RAM被放置在地址处。如果我们的RAM是64KiB大小(i.e. 最大地址为0xFFFF),那么地址 0x2000_0000到0x2000_FFFF与我们的RAM有关。当我们写入一个位于地址0x2000_1234的变量时，内部发生的是，一些逻辑发现了地址的上部(这个例子里是0x2000)，然后激活RAM，因此它能对地址的下部(这个例子里是0x1234)起作用。在一个Cortex-M上，我们也把我们的Flash ROM映射进地址 到地址 0x0007_FFFF 上 (如果我们有一个512KiB Flash ROM)。微控制器设计者没有忽略这两个区域间的所有剩余空间，反而将外设的接口映射到某些地址上。最后看起来像这样:

这些外设的配置工作相似。不是调用一个函数去配置一个外设，而是暴露一块地址空间作为硬件API。向一个SPI频率控制寄存器写入 0x8000_0000，SPI端口将会按照每秒8MB的速度发送数据。像同个地址写入 0x0200_0000，SPI端口将会按照每秒125KiB的速度发送数据。这些配置寄存器看起来有点像这个:

这个接口是关于如何与硬件交互的，其与被使用的语言无关，无论这个语言是汇编，C，或者Rust。