ROS2系列教程：嵌入式开发从点灯开始（原理）

1
编写代码（C/C++/MicroPython）
2
    ↓
3
编译（把源码变成机器码）
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    ↓
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烧录（把机器码下载进芯片 Flash）
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    ↓
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运行（上电后从 Flash 执行程序）
8
    ↓
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调试（串口打印、调试器断点）

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GPIO 引脚 ----[限流电阻 R]----|>|---- GND
2
                              LED（阳极朝 GPIO 侧）

1
初始化 GPIO（使能时钟、配置模式为输出、设置速度）
2
    ↓
3
循环：
4
    输出高电平（LED 亮）
5
    延时 500ms
6
    输出低电平（LED 灭）
7
    延时 500ms

1
// 寄存器版点灯：直接操作 STM32F103 寄存器
2
#include "stm32f10x.h"
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4
// 简化的寄存器地址定义（实际工程在头文件中已定义）
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// RCC 时钟控制寄存器
6
#define RCC_APB2ENR  (*(volatile unsigned int *)0x40021018)
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// GPIOC 相关寄存器
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#define GPIOC_CRH    (*(volatile unsigned int *)0x40011004) // 配置寄存器高
9
#define GPIOC_ODR    (*(volatile unsigned int *)0x4001100C) // 输出数据寄存器
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// 简易延时（不精确，仅示意）
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void delay(volatile unsigned int n) {
13
    while (n--) { __asm volatile("nop"); }
14
}
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int main(void) {
17
    // 1. 使能 GPIOC 时钟（RCC_APB2ENR 的 bit4 = IOPCEN）
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    RCC_APB2ENR |= (1 << 4);
19

20
    // 2. 配置 PC13 为推挽输出，最大速度 2MHz
21
    // PC13 属于 CRH（引脚 8-15），每引脚占 4 位
22
    // 模式位(MODE)=0b10(输出2MHz)，配置位(CNF)=0b00(推挽输出)
23
    GPIOC_CRH &= ~(0xF << (4 * (13 - 8)));   // 先清空 PC13 的 4 位配置
24
    GPIOC_CRH |=  (0x2 << (4 * (13 - 8)));   // 设为推挽输出
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26
    while (1) {
27
        GPIOC_ODR |=  (1 << 13);  // PC13 输出高电平，LED 灭（板载 LED 低电平点亮）
28
        delay(500000);
29
        GPIOC_ODR &= ~(1 << 13);  // PC13 输出低电平，LED 亮
30
        delay(500000);
31
    }
32
}

1
// STM32 HAL 库点灯（CubeMX 生成的工程，仅保留核心逻辑）
2
#include "main.h"
3

4
// 延时 500ms
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void delay_ms(uint32_t ms) {
6
    HAL_Delay(ms);
7
}
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int main(void) {
10
    // 1. 初始化系统时钟（CubeMX 自动生成 SystemClock_Config）
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    HAL_Init();
12
    SystemClock_Config();
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    // 2. 初始化 GPIO（CubeMX 生成的 MX_GPIO_Init）
15
    MX_GPIO_Init();
16
    // 内部实现大致是：
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    // __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();           // 使能时钟
18
    // GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;
19
    // GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  // 推挽输出
20
    // GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
21
    // HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
22

23
    while (1) {
24
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET); // 低电平，LED 亮
25
        delay_ms(500);
26
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);   // 高电平，LED 灭
27
        delay_ms(500);
28
    }
29
}

1
// ESP32 Arduino 框架点灯（Arduino IDE 或 PlatformIO）
2
// LED 接 GPIO2（很多 ESP32 开发板板载 LED 在 GPIO2）
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#define LED_PIN 2
4

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void setup() {
6
    // 配置 GPIO2 为输出模式
7
    pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
8
    // 初始化串口，便于调试
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    Serial.begin(115200);
10
    Serial.println("ESP32 LED blink start");
11
}
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13
void loop() {
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    // 输出高电平，LED 亮
15
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
16
    delay(500);   // 延时 500ms
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18
    // 输出低电平，LED 灭
19
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
20
    delay(500);
21
}

1
// led.hpp：可复用的 LED 类
2
#ifndef LED_HPP
3
#define LED_HPP
4

5
#include <Arduino.h>
6

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class Led {
8
public:
9
    Led(uint8_t pin, bool active_high = true)
10
        : pin_(pin), active_high_(active_high) {}
11

12
    void init() {
13
        pinMode(pin_, OUTPUT);
14
        off();
15
    }
16

17
    void on()  { digitalWrite(pin_, active_high_ ? HIGH : LOW); }
18
    void off() { digitalWrite(pin_, active_high_ ? LOW : HIGH); }
19
    void toggle() {
20
        digitalWrite(pin_, !digitalRead(pin_));
21
    }
22

23
private:
24
    uint8_t pin_;
25
    bool active_high_;
26
};
27

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// main.cpp
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Led led(2);          // GPIO2 上接 LED，高电平点亮
30
int state = 0;
31

32
void setup() {
33
    led.init();
34
}
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36
void loop() {
37
    state = !state;
38
    if (state) led.on(); else led.off();
39
    delay(500);
40
}
41
#endif

1
# MicroPython 点灯（Thonny 编辑器运行，ESP32 为例）
2
from machine import Pin
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from time import sleep
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5
# 配置 GPIO2 为输出模式
6
led = Pin(2, Pin.OUT)
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print("MicroPython LED blink start")
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10
while True:
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    led.value(1)   # 输出高电平，LED 亮
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    sleep(0.5)     # 延时 500ms
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    led.value(0)   # 输出低电平，LED 灭
14
    sleep(0.5)

1
from machine import Pin, Timer
2

3
led = Pin(2, Pin.OUT)
4

5
def blink(timer):
6
    led.toggle()   # 翻转电平
7

8
# 创建定时器，每 500ms 触发一次回调
9
timer = Timer(0)
10
timer.init(period=500, mode=Timer.PERIODIC, callback=blink)

1
// 重定向 printf 到 USART1（需要先初始化 USART1）
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#include <stdio.h>
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int __io_putchar(int ch) {
5
    // 向 USART1 发送一个字节（HAL 库方式）
6
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 100);
7
    return ch;
8
}
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// 使用示例
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int main(void) {
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    HAL_Init();
13
    SystemClock_Config();
14
    MX_GPIO_Init();
15
    MX_USART1_UART_Init();
16
    __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE); // 使能接收中断（可选）
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18
    int count = 0;
19
    while (1) {
20
        printf("hello from stm32, count=%d\r\n", count++);
21
        HAL_Delay(1000);
22
    }
23
}

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from machine import Pin, UART
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import time
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uart = UART(1, baudrate=115200)  # 初始化串口
5
led = Pin(2, Pin.OUT)
6

7
while True:
8
    led.toggle()
9
    uart.write("led toggled\r\n")   # 发送到串口
10
    print("count:", time.ticks_ms())  # print 也会走 REPL 串口
11
    time.sleep(1)

1
ROS2 上位机（大脑）
2
    ↕ 串口 / USB / CAN / Wi-Fi
3
嵌入式 MCU（肌肉）
4
    ↕ GPIO / PWM / ADC / 串口
5
电机、舵机、传感器（肢体）