C语言是什么？

C语言是一种通用的、面向过程的计算机编程语言，由Dennis Ritchie于1972年在贝尔实验室开发。它具有以下特点：

1. 高效性：直接操作内存和硬件，执行效率高。
2. 可移植性：代码可在不同平台（如嵌入式设备、操作系统内核）中移植。
3. 底层控制：支持位操作、指针等底层功能，适合硬件编程。
4. 简洁灵活：语法简洁，提供丰富的运算符和库函数。

在嵌入式系统中，C语言是主导语言（占比超80%），因其能直接控制硬件资源（如寄存器、中断），且对资源消耗低。

嵌入式系统中C语言的组成结构

嵌入式软件通常采用分层结构，以下是典型组成：

1. 硬件抽象层（HAL）

• 功能：封装底层硬件操作（如寄存器读写），提供统一接口。
• 示例：配置GPIO控制LED的代码：

   // HAL函数：设置GPIO引脚状态
   void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* port, uint16_t pin, GPIO_PinState state) {
       if (state == GPIO_PIN_SET) 
           port->ODR |= pin;  // 置位寄存器点亮LED
       else 
           port->ODR &= ~pin; // 清零寄存器熄灭LED
   }

2. 外设驱动层

• 功能：实现具体设备（UART、ADC、I2C等）的驱动逻辑。
• 示例：UART发送数据：

   void UART_SendData(UART_HandleTypeDef* huart, uint8_t* data, uint16_t len) {
       while (len--) {
           while (!(huart->Instance->SR & UART_FLAG_TXE)); // 等待发送缓冲区空
           huart->Instance->DR = *data++; // 写入数据寄存器
       }
   }

3. 中间件层

• 功能：提供协议栈（TCP/IP、USB）、文件系统（FAT32）、实时操作系统（RTOS）支持。
• 示例：FreeRTOS任务创建：

   void vTask_LED(void *pvParameters) {
       while (1) {
           HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin); // 切换LED状态
           vTaskDelay(500); // 延时500ms（RTOS提供）
       }
   }

4. 应用层

• 功能：实现业务逻辑（如传感器数据处理、控制算法）。
• 示例：温度控制算法：

   void Temperature_Control(float current_temp) {
       if (current_temp > 30.0) 
           HAL_GPIO_WritePin(FAN_GPIO_Port, FAN_Pin, ON); // 开启风扇
       else 
           HAL_GPIO_WritePin(FAN_GPIO_Port, FAN_Pin, OFF); // 关闭风扇
   }

关键特点

• 内存管理：通过指针直接访问物理地址（如 *(volatile uint32_t*)0x40000000 = 1;）。
• 中断处理：使用中断服务函数（ISR）响应硬件事件：

  void EXTI0_IRQHandler(void) {
    if (EXTI->PR & EXTI_PR_PR0) { // 检查中断标志
        EXTI->PR = EXTI_PR_PR0;   // 清除标志
        // 处理按键按下事件
    }
  }

• 资源优化：通过 const（常量）、static（静态变量）减少RAM占用。

总结

在嵌入式系统中，C语言通过分层结构实现对硬件的精准控制：
硬件层 → 驱动层 → 中间件层 → 应用层，兼顾高效性与可维护性，是开发单片机（如STM32）、RTOS及物联网设备的首选语言。