01
自动化设备软件架构概述
什么是设备端软件、架构设计的核心目标、常见架构模式（分层、事件驱动、微服务）介绍。
架构模式
02
需求分析与系统规划
如何从机械/电气需求中提取软件需求、功能模块划分、接口定义原则。
需求规划
03
硬件抽象层（HAL）设计
HAL的作用与分层、GPIO/UART/I2C/SPI等外设的抽象方法、设备树与驱动模型。
HAL驱动
04
实时操作系统（RTOS）选型与移植
FreeRTOS、RT-Thread、uC/OS的特点对比、移植要点、任务优先级设计。
RTOS移植
05
任务管理与调度
任务创建/删除/挂起/恢复、任务间通信（队列、信号量、互斥锁）、优先级反转与解决。
任务调度
06
中断管理
中断服务程序（ISR）设计原则、中断与任务的同步、中断嵌套与延迟处理。
中断ISR
07
时间管理与定时器
系统滴答（SysTick）、软件定时器、硬件定时器应用、时间片轮转调度。
定时器时间片
08
内存管理
静态内存分配 vs 动态内存分配、内存池设计、内存碎片问题与对策、堆栈溢出检测。
内存堆栈
09
状态机设计
有限状态机（FSM）原理、状态表与状态图、分层状态机（HSM）、在设备控制中的应用。
状态机FSM
10
通信协议栈设计
串口通信协议（Modbus/自定义）、CAN总线协议、TCP/IP协议栈裁剪、MQTT协议集成。
协议通信
11
数据采集与处理
ADC/DAC驱动设计、数据滤波算法（均值/中值/卡尔曼）、传感器数据融合。
采集滤波
12
运动控制基础
步进电机与伺服电机控制、PID控制算法实现、梯形/S形加减速曲线。
运动控制PID
13
I/O控制与逻辑
数字量输入输出（DI/DO）管理、继电器/电磁阀控制、互锁与安全逻辑。
I/O安全
14
人机交互（HMI）设计
LCD/触摸屏驱动、菜单系统设计、参数设置与显示刷新策略。
HMI显示
15
日志与调试系统
日志分级（Debug/Info/Error）、环形缓冲区日志、远程日志输出、断言与故障注入。
日志调试
16
固件升级（OTA）
Bootloader设计、固件分区策略、升级包校验（CRC/MD5）、断点续传与回滚机制。
OTABootloader
17
参数管理与配置
参数存储（EEPROM/Flash）、参数校验与默认值、在线配置与掉电保护。
参数存储
18
错误处理与异常恢复
看门狗（WDT）应用、硬件异常捕获、系统复位策略、故障码管理。
异常WDT
19
多任务同步与资源管理
读写锁、屏障、任务通知（Task Notify）、无锁编程基础。
同步无锁
20
低功耗设计
睡眠/停机/待机模式切换、外设时钟门控、事件唤醒、功耗测量与优化。
低功耗睡眠
21
安全性与可靠性
看门狗与独立看门狗、内存保护单元（MPU）、代码签名与安全启动、冗余设计。
安全MPU
22
测试策略
单元测试框架（Unity/CMock）、硬件在环测试（HIL）、压力测试与稳定性测试。
测试HIL
23
性能分析与优化
任务CPU占用率统计、栈使用量分析、代码执行时间测量、编译器优化选项。
性能优化
24
代码规范与文档
命名规范、注释规范、Doxygen文档生成、版本控制（Git）工作流。
规范Git
25
持续集成/持续部署（CI/CD）
自动化构建（CMake/Makefile）、静态代码分析、自动化测试流水线。
CI/CD自动化
26
容器化与虚拟化
Docker在嵌入式开发中的应用、QEMU模拟器、硬件虚拟化（如Xen on ARM）。
Docker虚拟化
27
边缘计算与云连接
边缘网关设计、数据上云协议（HTTP/MQTT/CoAP）、本地推理与模型部署。
边缘MQTT
28
案例实战：工业机械臂控制器
需求分析、架构设计、模块实现、集成测试全流程。
机械臂实战
29
案例实战：智能医疗输液泵
安全关键系统设计、双核通信、冗余传感器融合。
医疗安全
30
未来趋势与职业发展
AI在设备端的发展（TinyML）、RISC-V架构、软件定义硬件、架构师成长路径。
趋势职业