早在新冠疫情爆发前的 2019 年，就曾经撰写过一篇关于 ARM 标准库的技术长文 《意法半导体 STM32F103 标准库典型实例》 ，文章非常详尽的介绍了各种常见片上外设资源的应用。时至 4 年以后的今天，国产微控制器在工程实践领域已经得到了广泛运用，因而基于兆易创新 推出的国产 ARM 微控制器，设计和制作了 UINIO-MCU-GD32F350RBT6 这款开源核心板，同时撰写了本篇文章作为配套的资料教程，希冀为国产芯片的商业化普及尽自己一份绵薄之力。

UINIO-MCU-GD32F350RBT6 是一款采用 LQFP64 封装的 GD32F350RBT6 微控制器核心板，基于 ARM Cortex-M4 内核架构，主频高达 108MHz，拥有 128K 容量 Flash，以及 16K 的 SRAM。而 UINIO-MCU-GD32F103C 采用 LQFP48 封装的 GD32F103Cxxx 系列微控制器（包括 GD32F103CBT6、GD32F103C8T6、GD32F103C6T6、GD32F103C4T6），基于 ARM Cortex-M3 内核架构，主频达到 108MHz，拥有 16K ~ 128K 容量 Flash，以及 6K ~ 20K 的 SRAM。

UINIO-Logic-24MHz 是一款同时兼容赛普拉斯（已经被英飞凌收购）CY7C68013A 和芯佰微电子 CBM9002A 两款 USB 控制器的开源逻辑分析仪，可以同时采集 8 个通道的数字信号，单个通道的最大采样频率为 24Mhz，可以支持高达 5.5V 的逻辑电平（大于 2V 视为高电平，低于 0.8V 视为低电平）。即可以采用 Sigrok Pulse View（可以实时下载固件），也可以采用 Saleae Logic（需提前烧录固件）作为逻辑分析仪的上位机程序。

逻辑分析仪（Logic Analyzer）作为一种非常重要的数字信号分析仪器，虽然市场上已经存在有 DSLogic 或者 Saleae 等功能强大的商业化产品，但是在日常的微控制器与数字信号总线开发过程当中，如果不是用于调试 PCIE、USB3.0 等高速信号，一台小巧可靠的 24MHz 采样率逻辑分析仪，就已经足以应付大多数的开发场景。因而笔者在自己的 GitHub 当中，开源了这款逻辑分析仪的全部 KiCad 原理图以及 PCB 版图，希望能够对于广大电子工程师的工作有所帮助。

UINIO-MCU-ESP32C3 和 UINIO-MCU-ESP32S3 两款开源核心板，分别采用了上海乐鑫科技 推出的 ESP32-C3 以及 ESP32-S3 微控制器，两者均支持 2.4GHz Wi-Fi 与 Bluetooth 5.0 无线网络连接。本文旨在介绍两块核心板各个功能单元的硬件电路设计原理，其中 ESP32-C3 微控制器基于开源的 RISC-V 内核架构，拥有 22 个 GPIO 接口，主频高达 160MHz，板载 384KB 容量的 ROM，以及 400KB 容量的 SRAM 和 8KB 容量的 RTC SRAM，支持的数字外设接口有 3 × SPI、2 × UART、1 × I²C、1 × I²S，而模拟外设接口则采用了 6 通道的 2 × 12 位 SAR 模/数转换器。

稍晚一些推出的 ESP32-S3 微控制器则是基于 Cadence 公司的 Xtensa Dual-Core 32-bit LX7 架构，拥有 45 个 GPIO 接口，主频高达 240MHz，板载有 384KB 容量的 ROM，以及 512KB 容量的 SRAM 和 16KB 容量的 RTC SRAM，支持的数字外设接口有 4 × SPI、3 × UART、2 × I²C、2 × I²S。而模拟外设接口采用了 20 通道的 2 × 12 位 SAR 模/数转换器。核心板的 KiCad 原理图以及 PCB 源文件，可以在我的 GitHub 仓库当中进行获取。

集成电路卡又称为 IC 卡（Integrated Circuit Card），是一种内嵌有集成电路的塑料标签或卡片，其集成电路当中包含有 8 位或者 32 位的微控制单元 MCU、只读存储器 ROM、电可擦只读存储器 EEPROM（按字节操作）或者闪速存储器 Flash（按扇区操作）、随机访问存储器 RAM，以及固化在只读存储器 ROM 当中的片内操作系统（COS，Chip Operating System），并且通常内置有 DES、RSA、国密 SMx、SSF 等加解密算法。

目前市场上主流的 IC 卡芯片有恩智浦 NXP 的 Mifare 系列、英飞凌 Infineon 的 SL 系列、、复旦微电子 的 FM 系列，华大半导体的 SHC 和 CIU 系列除此之外，还有 华虹集成电路 的 SHC 系列，以及大唐微电子 的 DMT 系列，紫光国微的 THD 系列。这些芯片主要遵循 《ISO/IEC 7816》 和《ISO/IEC 14443 TypeA》两部协议规范，本文主要介绍了笔者在日常工作当中，经常接触到的各类智能卡相关的技术与规范。

树莓派 RP2040 是一款采用 ARM Cortex-M0+ 双核心的微控制器，运行频率高达 133MHz，片上内置有 264KB 容量的 SRAM 内存，并且能够外接高达 16MB 容量的片外 Flash 闪存（通过 QSPI 总线连接），内部还集成有 DMA 控制器，以及 30 个 GPIO 引脚（其中 4 个可用作模拟输入）。除此之外，片上还拥有 2 个 UART 控制器、2 个 SPI 控制器、2 个 I²C 控制器、16 个 PWM 通道，以及 2 个可编程 PIO（Programmable I/O）块，并且支持 USB 1.1 主机和设备模式。

UINIO-MCU-RP2040 是一款基于 RP2040 的开发板，板载 Flash 采用更为小巧的 WSON8 封装，添加 SOD123 封装的肖特基势垒二极管防止正负级反接，同时增加用于全局异步复位的 RESET 按钮，并且引出了官方 Pico 开发板所没有的 GPIO23 和 GPIO24 两个引脚资源。除此之外，由于模数转换引脚内部集成有连接至 IOVDD 的反向二极管，所以采用 FET 场效应管 DMG1012T 防止 RP2040 未上电时，这些引脚上施加的电压通过 ADC3 引脚泄露至 3.3V 电源网络。

万众期待的 Raspberry Pi 5 终于发布，之前由于产品原型的需要，一直计划采购 3B+，后来供应商透露新版 4B Model B 性价比更佳，所以稍微等待了一段时间，终于在最近拿到了一块 2G 内存的 Raspberry Pi 4B Model B 板子。一直以为 4B 只会简单的更新一下 SoC 并增大 DDR 容量，但是实际上还带来了 Type-C、Bluetooth 5.0、Micro HDMI、USB 3.0 乃至 DDR4 等诸多崭新升级。而官方推荐的应用范围，开始从教育渗透至工业领域，逐步发展为一套完整的嵌入式生态链。

本文基于树莓派基金会官方提供的文档资料 《Raspberry Pi Documentation》 撰写，笔者翻译了其中较为常用的章节内容，便于读者拿到板子之后能够快速上手，并避免使用一些官方不推荐的操作与工具库。此外，本文也会涉及 OpenCV、dlib 的编译，人脸识别以及 Electron 在树莓派上的部署等话题。全文将会伴随我使用树莓派的经验而长期进行更新，欢迎各位树莓派爱好者朋友持续关注与勘误。

相较于前一篇运用标准外设库（Standard Peripherals Library）开发的 STM32F403C8T6 微控制器，采用 UFQFPN48 封装的 STM32F401CCU6 则是基于 ARM Cortex®-M4 内核，内置有浮点运算单元（FPU，Float Point Unit）、自适应实时加速器（ART，Adaptive Realtime Accelerator）、数字信号处理器（DSP，Digital Signal Processor）指令，内置 16mHz 高速与 32kHz 低速晶体振荡器，工作时钟频率高达 84mHz，采用 1.7V ~ 3.6V 电源进行供电。

因为 STM32F401CCU6 提供了较大的数据与程序存储空间，所以本文将会基于意法半导体 ST 近年来主推的硬件抽象层（HAL，Hardware Abstraction Layer）以及底层（LL，Low-layer）开发库，并且结合 STM32CubeIDE 提供的便捷图形化配置工具。本文写作过程当中，参考了意法半导体的《STM32F401xC Data Sheet》和《STM32F401xC Reference Manual》以及《Description of STM32F4 HAL & LL drivers》三份官方文档。

STLink 是由意法半导体公司推出的在线调试编程器，采用5V的USB2.0全速接口进行供电与数据传输，可以方便的对内部固件进行升级，同时支持以 JTAG 或 SWD 模式连接至 STM32 系列微控制器，或者以 SWIM 模式连接至 STM8 系列微控制器，操作温度介于0 ~ 50℃之间。由于 ST 公司极为重视中国市场，因此 STLink 的销售价格相对其它国外大厂的在线仿真设备要实惠许多，基本成为国内嵌入式工程师人手上必备的工具。

本文详细介绍 Keil uVision 5 开发环境下 ST-LINK/V2 版本的调试编程器使用方法，并介绍了相关接口的详细定义与接线方法，文中部分内容翻译至意法半导体官方提供的《用于 STM8 与 STM32 的 ST-LINK/V2 在线调试编程器用户手册》，以确保使用方法与解释的规范性。

JTAG（Joint Test Action Group，联合测试行动组）是一种用于芯片内部测试的国际标准协议，ARM、DSP、FPGA等主流 IC 都对其提供了良好支持，标准 JTAG 接口拥有TMS模式选择、TCK时钟、TDI数据输入、TDO数据输出共 4 条信号线。笔者当前使用的 Mini2440 开发板原厂提供的 JTAG 调试器是采用并口的H-JTAG，由于现在的计算机设备早已经不提供并口支持，因此笔者选择了较为通用的J-Link作为 ARM9 仿真调试器。

J-Link是德国SEGGER公司推出的一款专用于 ARM 内核微控制器的 JTAG 仿真调试设备，能够与 ARM 官方提供的 Keil 集成开发环境无缝衔接，支持 Cortex-A/R、Cortex-M、ARM7、ARM9、ARM11、Renesas RX、Microchip PIC、Silicon Labs 8051、RISC-V 等系列的微控制器。笔者 7 年前购置了一台 J-Link V8 版本的J-Link调试器，当时由于使用不当造成固件丢失，因此特别撰写此文来记录一下固件恢复的过程。

Arduino 是一款非常流行与成熟的电子原型评估套件，其 PCB 硬件、IDE 集成开发环境、板级支持包 全部基于开源共享协议，其中，Eagle 原理图以及 PCB 布线遵循 CC BY-SA 共享协议，而 IDE 集成开发环境的源代码基于 GPL 开源协议，微控制器 MCU 的 C/C++ 板级支持包则是基于 LGPL 开源协议。自从 2005 年第一款 Arduino 开发板面世以来，官方已经推出了琳琅满目的各类硬件以及软件包，叠加各大芯片厂商的助力，整个开源社区的氛围日趋活跃与丰富。

本文首先从入门级的 Arduino Uno 入手，然后逐步过渡至片上资源更为丰富的 Mega 2560，两款都是由 Arduino 官方所推出的 5V 供电电压的开发板。最后引入了携带有 Wifi/Bluetooth 无线接入能力的 ESP8266 和 ESP32，而它们则是采用了国产 3.3V 芯片的开发板，由于开源社区或者芯片原厂提供了兼容 Arduino API 的板级支持包，在较为丰富功能的基础上提供了相对低廉的价格，叠加 Arduino 较为成熟的开发环境，更是加速了 Arduino 的应用与普及。