它是什么

这是一个索引仓库，不存放课程文件本身。它把分散在 9 个独立仓库中的嵌入式课程笔记，按一条从语言基础到系统开发的主线串联起来，形成一条可执行的阅读路径。每个仓库只负责一个明确的知识域，可以单独克隆、单独阅读，也可以按编号顺序推进。

目标写得很清楚：读得懂数据手册、点亮一颗芯片、交付一版固件。

三个阶段，九门课

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基础 ──> 硬件 ──> 系统

01 C 语言               03 模拟电路      06 STM32 单片机
02 数据结构与算法       04 数字电路与组成 07 FreeRTOS
                        05 原理图与 PCB   08 Linux 与 Shell
                                         09 Linux 应用层

顺序不是课程表本身，而是依赖关系：没有指针和内存模型，看不懂寄存器位域；不理解触发器，就理解不了定时器与中断；没跑过裸机，RTOS 的调度器只是黑盒；不熟悉系统调用，Linux 应用层就只在背 API。

统一的仓库约定

九个仓库遵循同一套结构，便于批量阅读与检索：

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repository/
├── README.md            中文索引与内容概览
├── README-English.md    English index
└── docs/
    ├── <title>.pdf      课程文档（只读，便于在线预览）
    └── <title>.docx     可编辑版本

约定里有一条边界值得借鉴：README 只做索引与学习建议，完整定义、图示与示例以 docs/ 中的文档为准。也就是说，索引不复制正文，避免同一份知识在两处维护、两处过期。每个仓库末尾还有一段「关键词」，列出覆盖的技术术语，方便搜索时定位。

文档同时提供 PDF 与 DOCX：PDF 用于在线预览，DOCX 用于批注和摘录——同一内容的两种消费方式。

一个值得记住的细节

这个仓库本身没有一行代码，但它可能是整个体系里最有价值的一个——因为它回答的是「路径」问题。资料越多，路径越稀缺：九个仓库各自都完整，但没有排序时，新人面对的是九扇没有门牌的门。

把「阅读顺序」单独做成一个版本化的仓库，还有一个隐性好处：路线图和课程仓库可以独立演进。课程内容更新不影响路线，路线调整也不需要动任何一门课的正文。

仓库

• embedded-roadmap

这套笔记就是按「把空补上」的顺序整理的。

规模与原则

四条写作原则：

• 公式可验算——258 个块级公式，逐项核对变量含义与推导步骤；
• 术语有出处——名词首次出现给出英文全称与缩写，篇末汇总成表；
• 体例统一——37 篇共用一套结构，翻到任何一篇都知道去哪里找结论；
• 面向工程——每个方法都交代局限与失效场景，不只讲它为什么有效。

内容地图

三十秒版本：001–006 给数学工具，007–015 给算法范式，016–032 拆网络结构与训练方法，033–036 看深度学习之外的路线。

三条学习路线

一周速览（时间有限时串起最小完整链条）：

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000 导论 → 007 机器学习概论 → 018 多层感知器
        → 023 深度前馈网络 → 029 卷积神经网络

从「AI 有哪些路线」出发，先建立评估与泛化概念，再看反向传播如何训练网络，最后落到一个具体结构上。

完整通关：按编号顺序读完全部 37 篇。板块内部有依赖，跨板块跳跃时建议回头补对应的数学篇目——训练技巧（022–027）与优化、信息论（001–006）对照阅读；主流骨架（028–032）建议配合论文原文。

专题直达：

每篇的统一体例

37 篇共用一套结构，读熟一篇就等于读熟了全部：

排版上的取舍

• 正文不写行内公式；α、σ、∇、⊙ 这类符号直接用 Unicode 字符，脱离渲染器也能读；
• 只对必要推导使用块级公式，GitHub 原生渲染 LaTeX，无需插件;
• 中文一律使用弯引号；术语首次出现给出英文全称与缩写；
• 全部文件 UTF-8 无 BOM，三个平台打开均无乱码。

这些约定看起来琐碎，但它们决定了笔记在 GitHub、终端和本地编辑器里是否都「读得下去」——笔记的第一读者永远是不确定环境下的自己。

一个值得记住的细节

「四个常见误区 + 要点回顾 + 名词汇总」这个组合，是把笔记从「记录」变成「可复习」的关键。记录只服务第一次阅读，复习提纲服务第 N 次；而名词四列表让一篇 30 万字的库可以在检索时被当作词典用。

仓库

• ai-foundations-handbook

系统架构

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┌───────────────────────────┐   TCP :5000    ┌───────────────────────────┐
│  Python 上位机            │ <============> │  ESP8266（TCP 透传）      │
│  指令下发 / 轨迹可视化    │                └─────────────┬─────────────┘
└───────────────────────────┘                              │ USART3 115200
                                                           v
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                          STM32F103VET6                              │
│                                                                      │
│  USART3 中断（IDLE 帧判定）→ 指令解析（8 参数）                      │
│      → Sync_CalcParams 双轴同步算法（参数缩放）                      │
│      → MSD_Move1 / MSD_Move2 同时启动                                │
│                                                                      │
│  TIM3 中断 → 电机 1 脉冲（加速 / 匀速 / 减速状态机）                │
│  TIM4 中断 → 电机 2 脉冲（加速 / 匀速 / 减速状态机）                │
│                                                                      │
│  USART1 115200 → 调试信息打印                                        │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

核心算法一：Sync_CalcParams 双轴同步

问题：两轴各自独立执行梯形加减速时，若步数不同，就会在不同时刻停止，无法同步到达。

原理：梯形速度曲线的关键时间参数为：

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t_accel = speed / accel      （加速段时间）
t_decel = speed / decel      （减速段时间）

只要两轴的 speed/accel、speed/decel 相同，三段运动时间就完全一致。因此选出步数较多的轴为主轴（参数不变），从轴的速度与加/减速度统一乘以步数比例：

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ratio       = steps_slave / steps_master
speed_slave = speed_master × ratio
accel_slave = accel_master × ratio
decel_slave = decel_master × ratio

ratio 在时间公式中被约去：t = (speed×ratio) / (accel×ratio) = speed / accel，从轴在时间轴上与主轴完全对齐。步数相差多少，缩放比例就是多少，与方向无关。

示例：2000 200 200 75 | 1000 200 200 75

电机 2 以一半的速度、一半的加速度走一半的路程，与电机 1 同时出发、同时到达。

工程保护：缩放乘法用 32 位中间量防溢出，缩放结果下限钳位为 1 杜绝除零，步数为 0 的轴跳过计算，步数取绝对值比较（方向不影响同步）。

核心算法二：AVR446 整数梯形加减速

速度规划基于 Atmel AVR446 应用笔记的整数算法，全部整数乘除与平方根查算：

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min_delay  = A_T_x100 / speed                            # 最高速度最小脉冲间隔
step_delay = T1_FREQ_148 × sqrt(A_SQ / accel) / 100      # 加速度首步脉冲间隔
max_s_lim  = speed² / (A_x20000 × accel / 100)           # 达到最高速度所需步数
accel_lim  = step × decel / (accel + decel)              # 开始减速的临界步数

定时器中断内以递推方式逼近理论速度曲线：

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new_delay = delay - (2 × delay + rest) / (4 × accel_count + 1)
rest      = (2 × delay + rest) % (4 × accel_count + 1)

余数 rest 携带到下一次迭代，使整数运算不产生累计误差：

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STOP ──> ACCEL ──> RUN ──> DECEL ──> STOP
  启动     加速段      匀速段     减速段     到达目标步数

每个脉冲下降沿完成一次状态评估与延时更新（软件步进计数），保证双轴脉冲互不干扰。

通信协议

文本指令协议：8 个整数、空格分隔、\r\n 结尾，以 IDLE 空闲中断判定帧结束，无帧头帧尾开销。

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step1 accel1 decel1 speed1 step2 accel2 decel2 speed2

示例：2000 200 200 75 1000 200 200 75

用户只需给出两轴各自步数与主轴速度参数，从轴参数由固件自动按比例缩放。

硬件与软件

固件架构：裸机前后台——中断负责实时脉冲输出与串口不定长帧接收，主循环负责指令解析与运动调度，全程无阻塞延时。双定时器独立中断通道（TIM3/TIM4）驱动两轴，时基精度 1 µs；DWT 周期计数器实现微秒级精确延时；ESP8266 检测到 CLOSED 后自动重连。

Python 上位机（server.py）：TCP 服务器（端口 5000）+ Matplotlib 实时可视化——按脉冲当量（默认 2000 步/cm）换算位移，实时绘制双轴位置与运动轨迹，移动记录持久化，后台线程打印 STM32 调试信息。

一个值得记住的细节

两轴步数相差越悬殊，从轴速度越低；低速时梯形曲线可能退化为纯加减速（无匀速段），但时间同步仍然成立——因为同步的前提是时间参数比例一致，而不是速度曲线形状一致。这个不变量是整套算法能够成立的关键。

仓库

• sync-calc-params-motion-control

功能全景

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按键 + 串口双通道设置 → 四位数码管 MM.SS 实时显示 → 启动后继电器吸合
→ 每秒短鸣 + LED 快闪 → 倒计时归零报警（蜂鸣器周期鸣叫）→ 一键停止/复位

四状态机设计

状态边界清晰：仅 run 递减且继电器吸合，set/pause 每周期强制复位输出，alarm 仅响应停止键——把状态误操作在逻辑层面清零。上电默认进入设置状态、默认 60 秒，倒计时归零自动断开继电器，防止负载超时运行。

1ms 分时调度

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app_timer_1ms_task()                                [SysTick 每 1ms 触发]
  ├── system_ms++                                   系统毫秒计数
  ├── 每 100ms → temperature_control_safe_task()    温度保护复查
  ├── display_scan()                                数码管扫描一位（4ms 一轮）
  ├── key_scan() → key_process()                    按键采样（20ms 消抖）
  ├── usart_receive_check() → usart_process()       串口轮询与命令解析
  ├── 每 1000ms → run 状态倒计时递减
  ├── run_beep_task() / alarm_beep_task()           蜂鸣器节奏调度
  ├── LED 翻转调度（run 40ms / alarm 120ms）
  └── display_update_buffer()                       刷新显示缓存

单一 1ms 心跳分频出 100ms 和 1000ms 多级节拍，全程无阻塞延时。

关键技术点

寄存器级串口驱动

USART1（PA9/PA10，AF7）直接操作 MODER/OTYPER/AFR/BRR 寄存器完成初始化；波特率用分数分频公式计算，fraction 带四舍五入与满 16 进位修正，84MHz → 9600bps 精确得到 BRR = 0x222E；收发查询 TXE/RXNE 标志，不占中断资源。

硬件 PWM 蜂鸣器

TIM4_CH1（PD12）1MHz 时基 + PWM1 模式：频率 = 1MHz/ARR 控制音调（100Hz~10kHz 越界钳位），占空比控制音量。变调时对比较值做防溢出钳位，切换平滑。

数码管动态扫描

共阴极四位管：PB8PB15 段选、PC0PC3 位选，1ms 点亮一位、4ms 刷新一轮。扫描流程”先消隐后输出”，杜绝换位瞬间的”鬼影”。

20ms 按键消抖

5 键逐 1ms 采样，电平连续稳定 20 个周期才确认；仅在稳定键值”变化”时上报一次（边沿触发），长按零重复。

时间边界防溢出

+1min 上限 98:00、+10s 上限 99:49、-10s 下限 00:10 的钳位设计，杜绝 uint16 溢出与两位数显示越界。

温度失效保护

TIM3_CH1/PB4 温度闭环输出强制关闭：停计数 → 关通道 → CCR1 清零 → 引脚拉低。上电立即执行，运行中每 100ms 复查，保证任何状态下都不会误动作。

串口命令协议（9600 8N1）

串口命令复用按键处理函数，按键与串口行为完全一致，消除双通路逻辑分叉。非法输入（秒 ≥ 60、零时长、运行中设置）逐项拒绝并回执原因。

蜂鸣器与 LED 提示编码

零硬件成本，靠节奏编码提升状态可读性。

工程分层

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APL 应用入口层     main.c（初始化 → 1ms 调度循环）
HAL 硬件抽象层     board_config.h（引脚集中定义）
                   ├─ app_timer.c   四状态机 / 倒计时 / 按键与串口处理
                   ├─ tim.c         1MHz 时基 + __weak 回调框架
                   ├─ bsp_output.c  LED / 蜂鸣器 / 继电器
                   ├─ bsp_display.c 数码管动态扫描
                   ├─ bsp_key.c     按键扫描与消抖
                   ├─ bsp_usart.c   寄存器级收发
                   └─ temp_safe.c   温度失效保护
SPL / CMSIS        ST 官方库（CMSIS V4.2 + SPL V1.5.0）

全工程无中断、无 DMA、无 RTOS，引脚集中定义、Doxygen 全量注释，是裸机任务调度与嵌入式工程化实践的好参考。

仓库

• stm32f407-smart-timer-power-controller

NeoInsight 就是这个闭环的一个完整、可运行的演示。

一条链路，四步闭环

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用户提问
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LLM 基于图谱 Schema 生成 Cypher
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Neo4j 执行查询
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LLM 基于查询结果生成自然语言回答

全过程透明——响应里同时返回生成的 Cypher 和查询结果，出了问题能立刻分辨是「模型翻译错了」还是「图里没有这条数据」。这一点在调试 RAG 系统时比什么都重要。

技术栈

模型可切换：内置 kimi 与 deepseek 两个 OpenAI 兼容供应商，在常量文件里加一项、环境变量里配一个 Key 就能扩展新模型。

四个值得留意的设计

只读安全守卫。LLM 生成的 Cypher 不可信，正则拦截 CREATE / MERGE / DELETE / SET 等写操作，保证图谱数据安全。把「模型输出当作不可信输入」是 AI 应用的基本功。

「宏定义」式常量中心。后端 app/constants.py、前端 src/constants.js 各一个文件，集中所有重要数据：端口、限制、错误码、数据导入结构、提示词模板，分 9 个分区管理。改配置不用翻代码，敏感项（Neo4j 密码、API Key）只放 .env。

统一响应格式与业务错误码。所有接口返回 {"code": 0, "message": "success", "data": ...}：

旧接口兼容。保留 GET /question 旧格式接口，教程的旧调用方不受影响。接口演进而不断旧调用，是维护成本最低的兼容策略。

数据与导入

scripts/import_data.py 把 Excel 事故记录导入图中，生成 Time / System / Incident / Account / Level / Reason / Loss 节点，并统一与 Incident 建立关联。默认导入会清空图库现有内容（--no-clear 可追加），脚本用 pandas/openpyxl 读表，适合「表格数据 → 知识图谱」的常见迁移场景。

接口一览

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curl -X POST http://127.0.0.1:5002/api/qa/ask \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d "{\"question\": \"Invalid事故的发生时间\", \"llm\": \"deepseek\"}"

响应 data 中包含 answer（回答）与 cypher（实际执行的查询）。

一个值得记住的坑

如果回答与图谱无关、甚至在复读问题，通常不是程序错误——而是图库数据与提示词调校的场景不匹配，模型走了「通用知识回答」路径。提示词模板是针对事故数据场景调校的，换业务数据时必须同步调整提示词。RAG 系统的「检索质量」和「提示词场景」是一对必须一起换的齿轮。

测试方面，后端带 27 个 pytest 用例（API / 图服务 / 数据导入），前端通过 devServer 代理 /api 到 5002 端口，开发环境一般无需处理跨域。

仓库

• Neo-In-sight

系统架构

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               ┌──────────────────────────────────────────────┐
               │              STM32F103C8T6  72MHz             │
               │                                              │
┌──────────┐   │  ┌────────┐   ┌─────────┐   ┌────────────┐   │   ┌─────────┐
│ 8 路灰度  │──▶│  │ ADC1   │──▶│  加权    │──▶│  PID 控制  │──▶│  MG995   │
│ 传感器    │   │  │ PA1    │   │  位置误差│   │  kp/ki/kd  │   │  舵机     │
│ (CD4051) │   │  └────────┘   └─────────┘   └─────┬──────┘   │   │ 前轮转向  │
└────┬─────┘   │  PB0/PB1/PB10 选通道               │          │   └─────────┘
     │         │                                    ▼          │
3 位地址线      │                            ┌────────────┐   │   ┌─────────┐
               │                            │ 弯道减速策略 │──▶│  L298N   │
               │                            │ PWM 调制    │   │  双后轮  │
               │                            └────────────┘   │   └─────────┘
               └──────────────────────────────────────────────┘
                            控制周期: 5ms (200Hz)

硬件平台

注意：MG995 堵转电流可达 2.5A，不能从 L298N 板载 5V 取电，否则 STM32 会复位。

核心亮点

资源利用

• CD4051 多路复用：仅用 1 个 ADC 通道（PA1）+ 3 根地址线（PB0/PB1/PB10）轮流采样 8 路灰度，引脚与 ADC 资源占用降到最低；
• TIM1 双通道共享时基：CH1/CH4 输出两路独立 2kHz PWM 分别驱动左右后轮，每轮独占通道避免并联超流；
• TIM2 舵机 PWM：72MHz/72 = 1MHz 计数，1us 分辨率 + ARR=19999 → 精确 50Hz，脉宽直接映射角度；
• 无中断、无 DMA：全部轮询实现，逻辑简单、行为可预测。

算法优化

• 8 路加权位置误差：对称权重 [-7,-5,-3,-1,1,3,5,7]，对压线传感器取平均，把离散开关量变成连续位置量；
• 抗饱和 PID：积分限幅（±30）+ 误差过零清零，避免大弯道积分饱和导致超调振荡；
• 弯道自动减速：误差越大 PWM 越低（最多降至直道 40%），无需额外传感器；
• 舵机平滑步进：每周期脉宽最多变化 25us 逼近目标角度；
• 丢线容错：8 路全部丢线时沿用上次误差，保持转向趋势而非急停。

关键算法

加权位置误差

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error = (Σ 权重[i]) / (压在黑线上的传感器个数)

线居中 → error ≈ 0 → 直行；线偏右 → error > 0 → 舵机右打。误差范围 [-7, +7]。

平滑步进：抗抖动核心

误差短暂回零时，PID 输出会瞬间跳回 0°，舵机会”打一下又抽回中位”。解决方法是每控制周期最多改变 25us 脉宽，把”瞬间跳到绝对角度”变为”持续朝目标角度逼近”，±60° 全行程约 70ms 到位——想更跟手就调大 SERVO_MAX_STEP，想更柔和就调小。

调参指南

实测初值（APP/trace_task.c）：

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kp = 12.0f;  ki = 0.0f;  kd = 6.0f;   /* 实测初值 */
integral_limit = 30.0f;               /* 积分限幅 */
base_pwm = 400;                       /* 直道 PWM (~40%) */
min_pwm  = 250;                       /* 弯道 PWM 下限 (>电机死区) */
max_servo = 60;                       /* 舵机限幅 ±60° */

PID 整定顺序：先 kp（增大至小幅震荡再回退一档）→ 再加 kd（抑制震荡、改善过弯手感）→ 最后 ki（循迹场景多为 0）→ 验证（直道画 S 减小 kp，弯道冲出减小 base_pwm 或增大 kd）。

常见问题排查

工程分层

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src/stm32-firmware/
├── APP/      # 应用层：加权误差 + PID + 弯道降速（trace_task.c）
├── BSP/      # 板级层：delay / 灰度 / 电机 / 舵机 / 串口
├── CMSIS/    # Cortex-M3 内核 + 启动文件
├── FWLib/    # ST 标准外设库
└── USER/     # 工程入口：main.c + AllHeader.h

基于 ST 标准外设库（SPL）开发，无 RTOS、无中断，适合作为嵌入式入门到进阶的完整实战参考。

仓库

• stm32-grayscale-trace-car

功能特性

• 初始账户余额 1000.00；
• 登记收入与支出，记录说明；
• 余额校验：支出超过当前余额时拒绝操作并提示余额不足；
• 查看每笔收支金额、交易后的账户余额和说明；
• 没有交易记录时显示空记录提示；
• 退出前 y/n 确认，菜单、金额、说明全部格式校验；
• 交易记录用动态数组管理，运行期间持续追加。

四层模块架构

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personal-finance-manager/
├── src/
│   ├── main.c              # 程序入口
│   ├── app/                # 应用层：流程编排
│   ├── domain/             # 领域层：账户与业务规则
│   ├── shared/             # 共享层：金额解析与格式化
│   └── ui/                 # 界面层：输入读取与展示
└── docs/                   # 需求文档

UI 层不直接修改账户内部状态，领域层负责账户余额与交易记录的一致性——这条边界是分层设计里最值得体会的部分。

金额安全：没有 double 的记账本

程序没有使用 double 保存余额，而是用 int64_t 保存”分”：

1

用户输入 100.50  →  内部保存 10050  →  运算后再格式化为两位小数

这样所有加减运算都是整数运算，从根本上避免了浮点误差在账目上累积。

工程化设计

• 输入校验：菜单范围、金额格式、正数约束、小数位数、说明长度、确认输入，避免直接使用不安全的 scanf；
• 资源管理：交易记录动态数组容量不足时自动扩容，退出前释放账户持有的动态内存；
• 编译开启 -Wall -Wextra -Wpedantic，GCC 与 Clang 均可零警告构建。

编译运行

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gcc -std=c11 -Wall -Wextra -Wpedantic -Isrc \
    src/main.c src/app/finance_app.c \
    src/domain/finance_account.c src/shared/money.c \
    src/ui/console_input.c src/ui/console_view.c \
    -o finance-manager

后续扩展方向

• 增加文件或数据库持久化；
• 按日期、类型和说明查询交易记录，增加月度统计；
• 增加预算和分类管理、单元测试以及 CMake 构建流程。

数据目前只保存在运行期间，退出即丢失——这也是一个很好的练习起点：补上文件持久化，它就从玩具变成了真能用的工具。

仓库

• personal-finance-manager

功能特性

• 添加客户：录入姓名、性别、年龄、电话和邮箱；
• 修改客户：按编号修改资料，直接回车保留原值，输入 -1 取消；
• 删除客户：按编号删除，删除前要求 y/n 确认，删除后自动整理后续编号；
• 客户列表：展示所有客户的编号和详细资料；
• 输入校验：菜单、姓名、性别、年龄、电话、邮箱和确认输入全部校验；
• 动态数组：容量不足时自动扩展。

分层架构

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customer-management-system/
├── src/
│   ├── main.c              # 程序入口
│   ├── app/                # 应用层：编排菜单流程和业务操作
│   ├── domain/             # 领域层：客户资料、目录和业务规则
│   └── ui/                 # 界面层：控制台输入、校验和展示
└── docs/                   # 原始需求文档

应用层连接领域层和控制台层，不直接管理客户数组。领域层负责增删改查、编号维护、资料校验和资源生命周期；控制台层只负责读取输入与展示结果。

校验规则

工程化设计要点

• 头文件暴露模块接口，用 CustomerDirectory 封装客户集合，用 CustomerResult 表示业务结果；
• 客户记录用动态数组保存，目录容量不足时自动扩展；
• 退出前调用销毁函数释放动态内存，配合 -Wall -Wextra -Wpedantic 全程零警告。

编译运行

标准 C11，无第三方依赖：

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gcc -std=c11 -Wall -Wextra -Wpedantic -Isrc \
    src/main.c src/app/customer_app.c \
    src/domain/customer_directory.c \
    src/ui/console_input.c src/ui/console_view.c \
    -o customer-management-system

可以继续做的事

客户数据目前只保存在进程内，后续可以增加文件或数据库持久化、客户查询、分组标签、导入导出、单元测试以及 CMake / Makefile 构建流程。

这个项目最大的价值在于展示了”课本代码”到”工程代码”的距离：同样的功能，加上分层、校验、错误处理和资源管理之后，才算真正能维护的程序。

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• customer-management-system

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输入与显示
    ├── 图片读取、视频读取、摄像头访问
    └── OpenCV 窗口、键盘事件和资源释放
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图像基础
    ├── 几何图形与文字绘制
    ├── 像素访问、图像属性和通道操作
    └── BGR、GRAY、HSV、Lab、YCrCb
            ↓
图像处理
    ├── 缩放、平移、旋转、透视变换和重映射
    ├── 均值、高斯和中值滤波
    ├── Canny 边缘检测
    └── 腐蚀、膨胀、开闭运算和顶帽/黑帽
            ↓
目标分析
    ├── 全局、自适应和 Otsu 阈值
    ├── 轮廓、矩、凸包和外接矩形
    ├── ORB 特征、BF/FLANN 匹配
    └── Harris 角点检测

章节与源码

几个高频实战点

几何变换（第 005 课，35 页重点章节）

• cv.resize 缩放、仿射矩阵平移、围绕中心旋转；
• 透视变换：用四组对应点计算变换矩阵，实现”文档展平”类效果；
• 重映射 cv.remap：用坐标映射实现翻转、压缩等自定义变换。

形态学运算速查（第 008 课）

特征匹配（第 011 课）

ORB 提取关键点与描述符，配合汉明距离与交叉检查完成暴力匹配（BFMatcher），或用 FLANN 的 LSH 索引执行 KNN 最近邻匹配。

环境与运行

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python -m venv .venv
.\.venv\Scripts\Activate.ps1   # Windows PowerShell
python -m pip install opencv-python numpy matplotlib

图片路径大多是相对当前工作目录解析的，运行脚本前先进入对应章节目录：

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cd src/001-image-video-io
python image_read.py

OpenCV 使用要点

• OpenCV 默认 BGR 通道顺序，Matplotlib 按 RGB 解释，跨库显示时要注意颜色顺序；
• cv.imread 读取失败返回空对象，应先确认路径和文件名；
• 图像数组按 [行, 列] 即 [y, x] 访问，不要与笛卡尔坐标混淆；
• 阈值、边缘和轮廓处理通常需要先灰度化、滤波或二值化；
• 摄像头、GUI 窗口属于运行资源，脚本退出前应及时释放。

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• opencv-computer-vision-notes

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ROS 2 基础
    ├── 机器人、ROS 2 本质、ROS 1 与 ROS 2 对比
    ├── 系统架构、发行版、通信机制和调试工具
    └── Linux、VS Code、Git、Python、C++ 和环境变量
            ↓
节点与功能包
    ├── Python 节点和 C++ 节点
    ├── rclpy、rclcpp、日志和节点生命周期
    ├── ament_python、ament_cmake 和 colcon 工作空间
    └── 面向对象、多线程和回调函数
            ↓
ROS 2 通信
    ├── Topic 发布与订阅
    ├── Service 客户端与服务端
    ├── 自定义消息、服务接口和参数
    └── Launch 多节点启动与配置
            ↓
机器人工具链
    ├── TF 静态与动态坐标变换
    ├── rqt、RViz2 和 ros2 bag
    ├── URDF、Xacro 和机器人模型可视化
    └── Gazebo 仿真基础

核心概念

内容概览

节点与功能包

• 分别用 Python（rclpy）和 C++（rclcpp）编写最小节点，理解初始化与日志；
• 用 ament_python 和 ament_cmake 组织功能包，理解 package.xml、setup.py 与 CMakeLists.txt 的职责；
• 使用 colcon build 构建工作空间并加载 install/setup.bash；
• Python 和 C++ 中的多线程与回调函数实践。

话题与服务

• 用 geometry_msgs/msg/Twist 控制 Turtlesim 前进、旋转、画圆，订阅位姿实现闭环控制；
• 趣味实践：通过话题传输小说文本并用 espeak-ng 转语音，用 psutil 获取系统状态共享数据，用 Qt 显示订阅到的数据；
• 自定义消息与服务接口：Python 实现人脸检测服务、C++ 实现巡逻海龟服务；
• 参数声明、参数事件、YAML 配置加载，Launch 文件启动多节点并传递参数。

工具链

• TF 坐标树：Python 发布机械臂底座到相机的静态 TF，C++ 发布地图坐标系的静态与动态 TF 并查询关系；
• rqt / rqt_tf_tree 检查节点、话题和 TF 树，RViz2 显示坐标变换与机器人状态；
• ros2 bag record 记录话题数据并回放测试。

仿真入门

• 创建 ROS 2 描述功能包，使用 URDF 描述机器人连杆、关节与结构；
• urdf_to_graphviz 生成模型结构图，RViz2 加载显示机器人模型；
• 使用 Xacro 简化和复用 URDF，建立 Gazebo 仿真基础。

常用命令速查

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# 环境加载
source /opt/ros/humble/setup.bash
colcon build && source install/setup.bash

# 节点与话题
ros2 node list
ros2 topic echo /turtle1/pose
ros2 interface show geometry_msgs/msg/Twist

# 服务与参数
ros2 service list -t
ros2 param set /turtlesim background_r 255

# 工具
rqt && rviz2
ros2 bag record /turtle1/cmd_vel

工程注意事项

• 修改 package.xml、setup.py 或 CMakeLists.txt 后，应重新执行 colcon build 并重新 source install/setup.bash；
• Topic 的名称、消息类型、QoS 配置需要保持一致；
• 自定义 .msg、.srv 接口变更后，应重新生成接口并检查所有依赖节点；
• TF 查询依赖正确的父子坐标系、时间戳和 TF 发布器；
• 多线程回调需要明确共享数据、线程退出和资源同步策略。

推荐实践顺序

1. 安装 ROS 2 后运行 Turtlesim、键盘控制和 rqt，确认基础环境可用；
2. 分别用 Python 和 C++ 编写最小节点，理解 rclpy 与 rclcpp；
3. 创建两类功能包，通过 Turtlesim 学习 Topic 的发布、订阅与闭环控制；
4. 使用自定义消息和服务接口，理解接口生成与服务端/客户端；
5. 学习参数、Launch、TF、RViz2 和 ros2 bag；
6. 最后用 URDF、Xacro 和 Gazebo 建立建模与仿真基础。

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• ros2-robotics-learning-notes

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ROS 基础
    ├── ROS 的定位、组成和通信思想
    ├── ROS 环境安装与工作空间配置
    └── ROS 常用术语与命令
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catkin 工程
    ├── 创建工作空间
    ├── 创建功能包
    ├── 编译与环境加载
    └── package.xml 与 CMakeLists.txt
            ↓
ROS 通信
    ├── Topic 发布与订阅
    ├── Service 客户端与服务端
    ├── 自定义消息
    └── 自定义服务
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系统能力
    ├── 参数服务器
    ├── Launch 启动文件
    ├── TF 坐标变换
    └── RViz 等可视化工具

内容概览

基础篇（001-004 讲）

• 理解 ROS 的定位：硬件抽象、节点间通信与机器人软件生态；
• 搭建环境，创建工作空间与功能包，掌握 catkin_make 编译与环境加载流程；
• 熟悉节点、话题、服务、参数、消息五个基本概念，以及 rosnode、rostopic、rosservice 等常用命令。

通信篇（005-010 讲）

• 话题通信：使用 rospy.Publisher 向 /turtle1/cmd_vel 发布 geometry_msgs/Twist 控制海龟运动，用 rospy.Subscriber 订阅 /turtle1/pose 输出位姿；
• 自定义消息：定义 Person.msg（姓名、年龄、性别）并生成接口；
• 服务通信：编写服务端与客户端，调用 Turtlesim 的 /spawn 服务创建海龟，实现 /show_person 自定义服务。

系统能力篇（011-014 讲）

• 参数服务器：读取和设置 /turtlesim/background_r/g/b，调用 /clear 服务刷新背景；
• Launch 文件：用一个 Launch 文件同时启动 Turtlesim 和键盘控制节点，组织多节点与参数；
• TF 坐标变换：广播 world 到海龟坐标系的变换，监听 turtle1、turtle2 的坐标关系，计算速度指令实现跟随控制；
• 可视化工具：用 rqt_graph 观察节点与话题连接，用 RViz 查看 TF 和机器人状态。

三个示例功能包

常用命令速查

工程注意事项

• 节点、话题、服务和参数名称需要保持一致，名称错误会导致通信失败；
• 自定义消息或服务修改后，需要重新执行 catkin_make 并重新加载 devel/setup.bash；
• 启动客户端前确认服务端已注册，启动订阅器前确认发布器正在运行；
• TF 示例依赖正确的坐标系名称和时间戳，坐标异常时应优先检查 TF 树和节点日志。

学习建议

1. 先运行标准消息的发布器和订阅器，再阅读自定义消息 Person.msg；
2. 对比 Topic 的持续发布模式与 Service 的请求响应模式；
3. 使用参数服务器修改 Turtlesim 配置，理解节点与参数服务器的关系；
4. 每个示例都记录节点名称、话题名称、服务名称、消息类型和启动顺序。

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• ros-robotics-learning-notes

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Linux C 开发基础
    ├── GCC、glibc、GNU C 和 POSIX
    ├── VSCode 与 GCC 开发环境
    ├── C 语言编译、汇编和链接
    └── Makefile
            ↓
Linux 系统接口
    ├── 标准 I/O 与文件操作
    ├── 系统调用
    └── 文件描述符
            ↓
并发与进程间通信
    ├── 进程创建与执行
    ├── 管道、共享内存、消息队列
    ├── 信号
    ├── 线程和线程同步
    └── 线程池
            ↓
网络应用开发
    ├── TCP/IP 网络模型
    ├── TCP、UDP 和 Unix Domain Socket
    ├── 单连接、多进程和多线程服务器
    └── IP、DNS、ARP、MAC 和物理层
            ↓
服务化与高并发
    ├── 守护进程
    └── select、poll、epoll

内容概览

编译与构建

理解 GCC、glibc、GNU C 和 POSIX 的关系，掌握 C 语言从源文件到可执行文件的完整过程（预处理 → 编译 → 汇编 → 链接），使用 Makefile 管理编译目标、依赖关系和构建命令。

文件 I/O

区分面向流的标准 I/O（fopen/fread/fwrite）与面向文件描述符的系统 I/O（open/read/write），理解标准输入输出、文件描述符及其在进程中的引用关系。

进程处理

• system 创建子进程、fork 理解父子进程执行流、execve 替换进程映像、waitpid 回收子进程；
• 理解文件描述符引用计数、进程树和孤儿进程；
• 进程间通信：匿名管道（Pipe）、有名管道（FIFO）、共享内存、消息队列，以及信号处理例程。

线程处理

• 理解 Linux 线程模型与进程的关系，使用线程 API 创建和终止线程；
• 认识竞态条件，使用互斥锁、读写锁、自旋锁、条件变量和信号量完成同步；
• 使用 Glib 线程池组织任务执行和线程复用。

并发模型对比：

Socket 编程

• 网络基础：OSI 七层、TCP/IP 四层模型，数据单元与以太网通信流程；
• TCP：报文段格式、连接建立与释放、可靠传输、滑动窗口和拥塞控制，实现只支持单连接的版本后，再用多线程和多进程扩展；
• UDP 与 Unix Domain Socket 本地进程间通信；
• 深入 IP 地址分类、DNS 查询过程、数据链路层、MAC 地址与 ARP。

守护进程与 I/O 多路复用

• 掌握创建守护进程的基本规则：脱离终端、处理文件描述符、日志记录与优雅关闭；
• 对比 select（fd 集合）、poll（事件数组）和 epoll（事件通知）的工作方式；
• 理解 epoll 的水平触发（LT）与边沿触发（ET）模式，ET 模式需要配合非阻塞 I/O 和持续读取策略。

常用 API 速查

工程注意事项

• 共享内存、消息队列、管道和 Socket 使用后应及时释放或关闭资源；
• TCP 服务端应处理断开、短读、短写、缓冲区边界和异常连接；
• 多线程程序需要明确共享数据、锁的所有权、等待条件和退出流程；
• 每个系统调用都记录返回值、错误处理、资源释放和并发安全要求。

学习建议

1. 先掌握 GCC、编译链接流程和 Makefile，再学习 Linux 系统接口；
2. 按 fork、execve、waitpid 的顺序理解进程创建和执行；
3. 先掌握管道和共享内存，再学习消息队列、信号和更复杂的 IPC；
4. 网络部分先理解 TCP 状态和 Socket API，再对比多进程、多线程和 I/O 多路复用服务器。

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• linux-application-development-notes

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Linux 基础
    ├── Ubuntu、终端和远程登录
    ├── 文件系统与目录结构
    ├── 用户、用户组和文件权限
    ├── 软件包、服务和系统管理
    ├── 进程、磁盘和网络
    └── crontab 定时任务
            ↓
Shell 脚本
    ├── 脚本格式与执行
    ├── 变量、参数和运算符
    ├── 条件判断与循环
    ├── 函数和系统命令
    └── cut、awk 等文本处理
            ↓
正则表达式
    ├── 普通字符和元字符
    ├── 字符集、范围和边界
    ├── 量词、分组和选择
    ├── 转义、字符类和反向引用
    └── 与 grep、Shell 文本处理结合

内容概览

Linux（Ubuntu）系统管理

• 环境搭建：VMware + Ubuntu + Xshell 远程登录，理解 Linux 目录层级结构；
• 系统管理：systemctl 管理服务与开机自启、防火墙、APT 软件包管理器；
• 基本命令：pwd、ls、cd、mkdir、cp、rm、mv，输出重定向 >、>> 与管道 |；
• 编辑器与用户：VI/VIM 三种模式，adduser、passwd、sudo 等用户管理命令；
• 权限与搜索：chmod、chown、chgrp 管理权限，find 搜索，grep 过滤；
• 磁盘、进程与定时任务：df、du、ps、kill、top、netstat、crontab。

Shell 脚本编程

• 脚本格式与解释器声明，编写第一个 helloworld.sh；
• 特殊变量：$n（位置参数）、$#（参数个数）、$*/$@（所有参数）、$?（退出状态）；
• 条件表达式判断字符串、整数和文件状态，if / case 分支，for / while 循环；
• basename、dirname 等系统函数，自定义 Shell 函数；
• cut 提取字段，awk 完成字段处理、过滤和格式化输出。

正则表达式语法

不同工具对正则的支持范围不同，实际使用时应以目标工具的语法实现为准。

常用命令速查

安全注意事项

• rm、权限修改和防火墙配置可能影响系统，执行前应确认目标；
• 涉及 sudo、系统服务和用户管理的操作，建议先在虚拟机中验证；
• 修改权限时遵循最小权限原则，避免无必要地使用 777；
• 编写定时任务时确认脚本路径、环境变量、日志路径和执行用户。

学习建议

1. 先完成 Linux 文件、目录、权限和进程管理，再学习 Shell 自动化；
2. 每学习一个命令，都记录输入、输出、退出状态和常用参数；
3. 使用小规模测试文件验证 grep、cut、awk 和正则表达式；
4. 将多个命令通过管道、重定向和 Shell 函数组合成可复用脚本。

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• linux-shell-regex-notes

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RTOS 基础
    ├── 裸机与 RTOS 的对比
    ├── FreeRTOS 特点
    ├── 任务调度
    └── 任务状态
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内核移植与任务管理
    ├── 源码结构和系统配置
    ├── FreeRTOS 移植
    ├── 任务创建与删除
    ├── 任务挂起与恢复
    └── 时间片调度
            ↓
实时系统服务
    ├── 中断管理
    ├── 时间管理
    ├── 消息队列
    ├── 信号量和互斥量
    ├── 队列集、事件组和任务通知
    └── 软件定时器
            ↓
系统级优化
    ├── Tickless 低功耗
    └── FreeRTOS 内存管理

内容概览

RTOS 入门与基础（第 1-2 章）

• 对比裸机编程与 RTOS 在任务调度、硬件管理和开发复杂度上的差异；
• 了解 FreeRTOS 开源、轻量级、可移植的特点；
• 认识任务的运行态、就绪态、阻塞态和挂起态，理解优先级对调度结果的影响。

内核移植与任务管理（第 3-8 章）

• 将内核源码加入 STM32 工程，配置 FreeRTOSConfig.h，修改 stm32f1xx_it.c 完成适配；
• 掌握动态创建、静态创建和任务删除 API，理解任务函数、任务栈与任务控制块；
• 使用 API 挂起和恢复任务，观察任务在各状态间的切换；
• 理解开关中断、临界段和调度器挂起与恢复，区分中断中可调用的 API；
• 观察同优先级任务的时间片轮转，查询任务状态与运行时间统计。

任务间通信（第 10-14 章）

其中互斥量的优先级继承机制是重点：它可以降低优先级翻转带来的实时性风险，这也是互斥量与二值信号量最本质的区别。

软件定时器与系统优化（第 15-17 章）

• 区分单次定时器和周期定时器，理解定时器服务任务的调度方式；
• 配置 Tickless 模式，观察系统空闲时的低功耗行为；
• 对比 heap_1 到 heap_5 五种内存管理方案，根据是否支持释放、内存碎片和系统需求进行选择。

动态与静态创建对比

学习建议

1. 先理解任务状态、优先级和调度器，再开始学习通信机制；
2. 先用动态方法完成任务实验，再用静态方法比较内存管理差异；
3. 学习每个 API 时同时记录调用环境、阻塞行为、超时参数和中断可用性；
4. 先掌握队列、二值信号量和互斥量，再学习队列集、事件组和任务通知；
5. 使用任务状态查询和运行时间统计定位调度、阻塞和优先级问题。

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• freertos-learning-notes

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STM32 基础
    ├── ARM 内核、STM32 系列和开发工具
    ├── 最小系统、开发板和工程创建
    ├── GPIO、时钟和 HAL 库
    ├── 中断、USART、I2C 和定时器
    ├── DMA、ADC、SPI 和外部存储
    └── FSMC、LCD 和寄存器映射
            ↓
STM32 高级通信
    ├── CAN 总线
    ├── W5500 以太网
    ├── ESP32-C3 Wi-Fi
    ├── ESP32-C3 Bluetooth LE
    └── LoRa 节点与网关
            ↓
STM32 系统扩展
    ├── 电源管理与低功耗
    ├── RTC 与备份寄存器
    ├── 闹钟唤醒和掉电保持
    ├── 独立看门狗与窗口看门狗
    └── HAL 工程结构、编译过程和程序状态

基础篇：外设与开发流程

1. 芯片与工程环境：ARM 内核介绍、STM32 系列命名规则、Keil MDK / STM32CubeMX / ST-LINK 工具链、最小系统与第一个工程；
2. GPIO 与寄存器：工作模式、端口配置和数据寄存器（GPIOx_CRL/CRH/IDR/ODR/BSRR/BRR/LCKR），寄存器方式实现流水灯；
3. 系统架构与时钟：STM32 总体架构与时钟树；
4. HAL 库开发：CubeMX 生成 HAL 工程，理解自动生成代码和用户代码的组织方式；
5. 中断：中断体系、NVIC、外部中断控制器与按键检测案例；
6. USART 串口通信：并行/串行、单工/半双工/全双工、同步/异步，轮询与中断接收，printf 重定向；
7. I2C 通信：通过 M24C02 案例学习软件模拟 I2C 与硬件 I2C；
8. 定时器：SysTick、基本/通用/高级定时器，PWM 呼吸灯与频率、占空比测量；
9. DMA：ROM 到 RAM、RAM 到串口的数据传输；
10. ADC：逐次逼近型 ADC 原理、单通道采集与多通道采集；
11. SPI 与 Flash：W25Q32 读写，软件模拟 SPI 与硬件 SPI；
12. 存储器与 FSMC：存储器映射、FSMC 扩展外部 SRAM、8080 时序控制 LCD。

高级篇：物联网通信

• CAN 通信：物理层、协议层、数据帧与总线仲裁，环回静默模式测试与双节点通信；
• 以太网与 W5500：OSI 七层模型、TCP/IP 四层模型，TCP 服务端/客户端、UDP 通信与简易 Web 服务器；
• Wi-Fi 与 ESP32-C3：ESP-AT 固件与 AT 指令，STM32 与 ESP32-C3 串口交互，建立 TCP 通信；
• Bluetooth LE：BLE 协议栈（PHY / LL / HCI / GAP / ATT / GATT）、广播扫描与透传模式数据收发；
• LoRa：E220-400M22S 模块、普通节点与网关搭建，验证节点到网关的数据传输。

扩展篇：系统级功能

• 电源控制与低功耗：睡眠、停机、待机三种低功耗模式与唤醒源管理；
• RTC 与备份域：掉电继续运行、备份寄存器保存数据、闹钟唤醒待机模式；
• 看门狗：独立看门狗与窗口看门狗的工作方式和触发条件；
• HAL 工程与编译流程：startup_stm32f103xe.s、system_stm32f1xx.c、HAL_Init() 初始化流程与 Keil MDK 编译过程。

开发方式对比

推荐学习顺序

1. 完成基础篇中的 GPIO、时钟、HAL 和第一个下载运行工程；
2. 按 USART、I2C、SPI 的顺序学习常用片上通信接口；
3. 学习中断、定时器、DMA 和 ADC，建立事件驱动与数据搬运能力；
4. 学习存储器映射、FSMC 和 LCD，理解外部设备扩展；
5. 进入高级篇，依次学习 CAN、以太网、Wi-Fi、蓝牙和 LoRa；
6. 最后学习扩展篇中的低功耗、RTC、备份域、看门狗和 HAL 工程分析。

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EDA 与项目基础
    ├── EDA 软件和 PCB 行业工具
    ├── 嘉立创 EDA 环境
    ├── 绘制单位和工程管理
    └── 原理图到 PCB 的完整流程
            ↓
原理图设计
    ├── 搜索与放置元器件
    ├── 电源、接地和网络连接
    ├── 元器件名称、位号和方向
    └── DRC 检查
            ↓
PCB 设计
    ├── 从原理图生成 PCB
    ├── 板框与元器件布局
    ├── 布线、铺铜和网络标识
    ├── 丝印调整与 DRC
    └── 3D 仿真和生产资料导出
            ↓
进阶设计
    ├── 多层板、盲埋孔和泪滴
    ├── 文件导入与导出
    ├── 自定义符号和封装
    └── 封装尺寸与器件绑定
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案例与焊接
    ├── 可调电阻、独立按键
    ├── 74HC138 译码器
    ├── 74HC245 信号放大器
    ├── LM358 PWM 方波
    └── 电烙铁、焊锡和返修工具

内容概览

第一章：嘉立创 EDA 快速入门

• 理解 EDA（Electronic Design Automation）的基本作用；
• 以按键点灯为例学习元器件搜索、放置、连线、属性调整和位号管理；
• 从原理图生成 PCB，完成板框、布局、布线、网络标识、铺铜和丝印；
• 使用 DRC 检查连接错误，查看 PCB 三维仿真效果，了解下单和生产资料准备。

第二章：PCB 板制作基础

布局基本原则：

• 电气连接紧密的器件进行模块化布局；
• 接口器件靠近板边并明确方向、电压等级和正负极；
• 高压、低压、大电流、高频和热源器件合理分区；
• 去耦电容和滤波电容靠近电源入口或电源转换器件。

布线基本原则：

• 根据电流、频率、板厂工艺和信号完整性要求设置线宽线距；
• 避免使用小于 90 度的走线拐角；
• 高速和高频信号线注意间距与干扰控制。

第三章：EDA 使用技巧

批量扇出添加网络标签、排查铺铜后仍存在的飞线、导入外部图片和 Logo、配置多层板与盲埋孔、使用泪滴增强导线与焊盘连接的可靠性，以及工程文件的导入导出。

第四章：自定义符号及器件封装

• 在标准模式和专业模式下创建自定义原理图符号；
• 手工绘制 0805 电容封装，使用封装向导生成 CH340N 封装；
• 进行封装尺寸检查，将原理图符号与个人封装绑定；
• 了解 DIP、QFP、SOP、QFN、BGA 等常见芯片封装。

第五章：案例与焊接

• 可调电阻控制 LED 亮度、独立按键控制 LED 亮灭；
• 使用 74HC138 实现 3-8 译码器电路、74HC245 增强驱动能力、LM358 产生 PWM 方波；
• 焊接技能：电烙铁使用、有铅/无铅焊锡与助焊剂、蓝丁胶固定、放大镜检查、吸锡器拆焊返修。

PCB 设计流程速查

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需求分析 → 元器件选型 → 建立或确认符号与封装 → 绘制原理图
  → 原理图 DRC → 生成 PCB → 板框和器件布局 → 布线与铺铜
  → 丝印和网络标识 → PCB DRC 与目测检查 → 3D 检查和生产资料导出
  → PCB 制作、焊接、调试与测试

常用工程检查点

学习建议

1. 先完成按键点灯案例，熟悉原理图到 PCB 的完整闭环；
2. 每次绘制原理图后先完成 DRC，再开始 PCB 布局和布线；
3. 选型时同时查看数据手册、封装尺寸、引脚定义和实际采购信息；
4. 布局时先划分电源、接口、控制、时钟和信号模块，再处理模块间连接；
5. 焊接前确认元器件方向、极性、封装和焊盘对应关系。

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数字电路基础
    ├── 二进制数据表达
    ├── 基础逻辑门和组合逻辑
    ├── 运算器
    ├── 锁存器、触发器和寄存器
    └── Digital 电路仿真
            ↓
计算机组成原理
    ├── 冯诺依曼模型
    ├── CPU、内存和 I/O
    ├── 程序执行过程
    └── 简单计算机
            ↓
设计计算机硬件
    ├── ALU 和计算单元
    ├── 数据存储和指令存储
    ├── 控制信号和控制器
    ├── RAM、PC 和指令寄存器
    └── 取指、译码与执行
            ↓
汇编语言、总线与引导程序
    ├── 自定义指令集和汇编程序
    ├── 总线与地址映射
    └── 引导流程和单片机启动

内容概览

第一章：数字电路基础

• 理解二进制、位（bit）、字节（byte）和数据单位；
• 使用 Digital 仿真软件观察数字电路行为；
• 掌握与门、或门、非门以及其他基础逻辑门；
• 理解 SR 锁存器、D 锁存器和边沿触发 D 触发器，认识寄存器在时序电路中的作用。

第二章：计算机组成原理

• 理解冯诺依曼模型计算机的基本结构、CPU、内存和输入/输出系统的职责；
• 认识程序从存储到执行的基本过程；
• 对比不同计算机体系结构的特点。

第三章：设计计算机硬件

本章以逐步扩展的方式设计一台简单计算机，重点关注数据通路、控制信号和指令执行：

• 实现 ALU 和简单计算单元，使用寄存器实现数据存储；
• 添加指令存储和程序计数器（PC），逐步增加 halt、str、ld、jmp、cmp 和 je 等指令；
• 设计控制器并维护控制信号查找表，将指令存储和数据存储合并为统一 RAM；
• 增加立即数功能和 B 寄存器，通过测试程序验证指令集与硬件电路。

第四章：设计计算机汇编语言

• 根据自定义指令集编写汇编程序；
• 使用加载、加法、跳转、比较和保存等指令组织程序流程；
• 通过求和等示例测试汇编程序在自制计算机上的执行结果。

第五章至第六章：总线与引导程序

• 理解总线的作用、基本组成和地址映射，以及 CPU 如何访问不同的存储和 I/O 设备；
• 理解计算机上电后的引导流程，设计从初始化、加载到跳转执行的启动过程；
• 了解单片机引导流程与通用计算机启动过程的联系。

第七章：常用数字芯片

与门、或门、非门、74HC245N（缓冲器/总线收发器）、74HC138（译码器）和 DS1302（实时时钟芯片）。

指令设计演进

课件中的自制计算机按照以下顺序逐步扩展：

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基础加法与减法
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halt 停机
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str 存储、ld 加载
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逻辑运算与寄存器选择
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jmp 无条件跳转
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cmp 条件比较、je 条件跳转
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统一 RAM 与取指/执行周期
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立即数
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B 寄存器与更完整的指令集
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汇编程序和引导程序

核心概念速查

学习建议

1. 先掌握二进制、逻辑门、真值表和基本时序电路；
2. 使用 Digital 仿真软件跟踪每一个输入、输出和控制信号；
3. 学习 CPU 设计时，分别记录数据通路、控制通路、时钟状态和指令格式；
4. 阅读每条指令时，同时关注操作码、操作数、寄存器变化和内存变化；
5. 从简单指令开始编写测试程序，再逐步验证跳转、立即数、寄存器和 I/O 功能。

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• digital-logic-and-computer-organization

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电学基础
    ├── 电流、电压、电阻和电路
    ├── 直流、交流、弱电和强电
    └── 欧姆定律、功率、焦耳定律、串联与并联
            ↓
常见电子元器件
    ├── 电阻器、电容器、电感器
    ├── 磁珠、继电器、保险丝、接插件
    ├── 蜂鸣器、晶振、电池、稳压电源芯片
    └── 万用表和电路仿真软件
            ↓
模拟电路与半导体
    ├── 模拟信号与模拟电路
    ├── 二极管与稳压二极管
    ├── 三极管
    └── MOS 管
            ↓
典型电路实践
    ├── 压敏电阻、上拉电阻、下拉电阻
    ├── 限流电阻、零欧姆电阻
    └── 滤波、耦合和旁路电容
            ↓
测量与工程应用
    ├── 常用电气符号
    ├── 直流稳压电源
    └── 示波器与万用表

内容概览

第一章：电学基础

• 区分直流电与交流电、弱电与强电，了解通路、断路、短路和家庭电路的基本组成；
• 掌握欧姆定律、功率计算、焦耳定律，理解串联电路和并联电路的基本特点。

第二章：常见电子元器件

• 电阻器：阻值、功率、精度和阻值识别方法，以及光敏、热敏、压敏等特种电阻；
• 电容器：容量、耐压、容差，以及固定电容、可变电容和超级电容；
• 电感器：储能、通直隔交特性和感抗；
• 磁珠、继电器、保险丝、接插件、轻触按键、有源/无源蜂鸣器、晶振和稳压电源芯片；
• 万用表的基本功能、测量方法和安全注意事项。

第三章：模拟电路基础

• 模拟信号与数字信号的区别，模拟电路在信号滤波、放大和传递中的作用；
• 二极管的单向导通特性、发光二极管、数码管和稳压二极管；
• NPN / PNP 三极管的基本结构和开关原理；
• MOS 管通过电场控制电流的基本原理；
• 结合光感灯案例理解传感器信号与器件控制。

第四章：典型电路实践

• 压敏电阻：过压保护和尖峰电压钳位；
• 上拉 / 下拉电阻：使信号线在空闲状态保持高 / 低电平；
• 限流电阻：将电流限制在元器件正常工作范围内；
• 零欧姆电阻：跨接、调试、测量和 PCB 布线调整；
• 滤波、耦合、旁路电容：抑制干扰、隔离直流传递交流、为高频干扰提供旁路。

硬件参数英文速查

元器件选型关注点

阅读元器件数据手册时，建议至少确认：工作电压和最大允许电压；工作电流、最大电流和浪涌电流；功率、散热条件和工作温度范围；标称值、容差、精度和温度系数；封装、引脚定义、极性和安装方向；正常工作条件、过载条件和失效保护方式。

数据手册中的额定值和最大值是工程设计的重要边界，不能仅依据元器件外观或标称名称进行替换。

安全注意事项

• 强电电路和家庭电路存在触电、短路和火灾风险，不能按照低压实验电路处理；
• 测量前确认万用表档位、表笔插孔、量程和被测信号范围；
• 不要在通电状态下随意更换量程、移动元器件或改变接线；
• 对电容器、稳压电源和电池，应确认极性、耐压和放电状态。

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• analog-circuits-and-components

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数据结构基础
    ├── 逻辑结构与存储结构
    ├── 数据运算与内存
    └── 数据结构与算法的关系
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线性结构
    ├── 数组
    ├── 链表
    ├── 栈
    └── 队列
            ↓
算法基础
    ├── 时间复杂度
    └── 空间复杂度
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算法应用
    ├── 查找：顺序查找、二分查找
    └── 排序：冒泡排序、快速排序及其他常见排序

内容概览

第一章：数据结构

• 数据结构基础：逻辑结构、存储结构、数据运算、内存，以及数据结构与算法的关系；
• 数组：连续存储、随机访问、动态扩容、按位置插入、尾部插入、按位置删除、尾部删除和遍历；
• 链表：节点、数据域、指针域、单链表组织方式，以及创建、遍历、插入、删除和释放；
• 栈：后进先出（LIFO）、栈顶、入栈、出栈、查看栈顶，以及数组栈和链式栈；
• 队列：先进先出（FIFO）、队头、队尾、入队、出队，以及顺序队列、循环队列和链式队列。

第二章：算法

• 算法基础：算法定义、输入、输出、有限性、时间复杂度和空间复杂度；
• 查找算法：顺序查找、二分查找，以及不同查找算法的前提条件和复杂度；
• 排序算法：常见排序思想、冒泡排序、快速排序、复杂度、稳定性和适用场景。

复杂度速查

建议的学习方式

1. 先阅读数据结构基础，建立逻辑结构、存储结构和内存模型的整体认识；
2. 分别画出数组、链表、栈和队列的存储示意图，再阅读对应操作；
3. 对每个操作记录前置条件、数据变化、边界情况和复杂度；
4. 学习查找和排序时，手工跟踪一组小规模数据的执行过程；
5. 阅读课件后再补充独立代码实现，并为关键操作编写测试用例。

后续扩展方向

当前仓库以课程资料和学习索引为主，后续可以按课件章节补充数组、链表、栈、队列、查找和排序算法的代码实现、边界测试及复杂度实验记录。

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• data-structures-and-algorithms

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阶段一：Java 核心与 AI 开发基础
    -> 开发环境搭建与 IDEA 开发工具
    -> 基础语法、运算符、方法与流程控制
    -> 数组、面向对象基础与面向对象高级
    -> 常用 API、集合基础
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阶段二：Java 核心与 AI 开发进阶
    -> 集合高级（List / Set / Map 体系）
    -> Stream 流、异常、File 类与递归
    -> 常用 API、IO 流
    -> 多线程、网络编程、Java 高级技术
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阶段三：AI 赋能 Web 开发
    -> Web 基础知识、HTML + CSS、JavaScript、Vue3
    -> Maven、数据库、SpringBoot（JDBC / MyBatis）
    -> 后端 Web 实战（Tlias 智能学习辅助系统）
    -> 前端 Web 实战、项目部署（Linux）与 Docker

资料与环境

• 课件目录：3 个阶段，48 份 PPTX 与 1 份 PDF，共 49 份；
• 编程语言：Java（JDK 21）；
• 开发工具：IntelliJ IDEA；
• 工程组织：按阶段划分为独立 IDEA 工程，每个章节对应一个独立模块；
• 源码包名：com.myproject.*。

阶段一：Java 核心与 AI 开发基础

从开发环境到面向对象高级，共 15 份课件，配套 Chapter_01 ~ Chapter_06 源码案例：

• Chapter_01 环境搭建：Java 背景、JDK 安装、HelloWorld 与程序执行原理、IDEA 使用；
• Chapter_02 基础语法：注释、字面量、变量与八种基本数据类型、运算符、方法与类型转换；
• Chapter_03 流程控制：if / switch 分支、for / while / do-while 循环、break / continue、Random 猜数字游戏；
• Chapter_04 数组：静态与动态初始化、元素访问、遍历应用（求和、最大值、反转）、二维数组；
• Chapter_05 面向对象基础：类与对象、封装与权限修饰符、构造方法、this、static、标准 JavaBean；
• Chapter_06 面向对象高级：继承与方法重写、抽象类、final、Object 类与 toString 重写。

阶段二：Java 核心与 AI 开发进阶

• 集合高级：ArrayList / LinkedList 与 HashSet / LinkedHashSet / TreeSet 体系；
• Stream 流：Lambda 表达式与流式操作；
• 异常：异常体系、处理方式与自定义异常；
• File 类：常用 API 与递归；
• 常用 API：Math、System、包装类、BigDecimal 与 Arrays；
• IO 流：字节流与字符流；
• 多线程：线程安全与同步、线程池；
• 网络编程：网络三要素、UDP 与 TCP 通信；
• Java 高级技术：枚举、类加载器、反射、注解与动态代理。

阶段三：AI 赋能 Web 开发

从 Web 基础到完整项目部署：

• Web 基础：HTML + CSS、JavaScript、Vue3、Web 服务器与静态资源；
• 后端基础：Maven 依赖管理、数据库、JDBC / MyBatis / MyBatisPlus；
• SpringBoot：登录认证、AOP、Maven 高级、SpringBoot 原理与分层架构总结；
• 后端实战：Tlias 智能学习辅助系统（部门管理与员工管理：条件分页查询、新增、修改、删除、事务与文件上传）；
• 前端实战：Vue 工程化 + ElementPlus 的 Tlias 案例；
• 部署：Linux 项目部署与 Docker 容器化。

如何运行

• 使用 IntelliJ IDEA 打开对应阶段的工程目录（例如 src/Phase_001）；
• 工程默认使用 JDK 21，若本机 JDK 版本不同，可在 File → Project Structure 中调整 Project SDK；
• 每个案例类都包含 main 方法，可右键直接运行；
• 所有案例仅依赖 JDK 标准库，无需额外安装依赖。

仓库

• java-engineering-handbook