第一章：课程导论与硬件基础
各位同学好，我是你们这门课的老张。做嵌入式开发十几年了，从最早的8位单片机一路做到现在的双核处理器。今天咱们聊的这门课，说白了就是教你怎么让点钞机变得更聪明——能远程升级、能自我诊断、出了问题还能远程修复。
点钞机这东西，看着不起眼，其实是个典型的嵌入式系统。我当年刚入行时，总觉得点钞机就是个电机加几个传感器，后来吃过亏才明白，这里面的门道深着呢。
1.1 点钞机嵌入式系统架构
先说说点钞机的整体架构。你拆开一台现代点钞机，会发现它其实是个三层结构：
- 感知层：各种传感器，比如红外对管、磁头、厚度传感器、图像传感器。这些家伙负责“看”和“摸”钞票。
- 控制层：主控芯片加上电机驱动、电磁铁驱动。负责“动手”——搓钞、分钞、整理。
- 处理层：主控芯片的核心算法，负责“动脑”——识别面额、鉴伪、计数。
我个人习惯把这三层比作人的五官、手脚和大脑。缺了哪个都不行。
这里有个关键点：点钞机的实时性要求很高。钞票以每秒15张的速度飞过传感器，你必须在几毫秒内完成采集、处理、判断、响应。我在项目中遇到过，某次因为中断响应慢了2毫秒，结果钞票识别率直接掉了5个百分点。
核心要点：点钞机的嵌入式系统，本质上是一个强实时、多任务、高可靠的嵌入式系统。它的固件不仅要跑得快，还要跑得稳。
1.2 主控芯片选型：STM32 vs ESP32
选主控芯片，是每个点钞机项目的第一步。市面上主流的选择就两个：STM32和ESP32。我两个都用过，说说我的感受。
| 对比项 | STM32 | ESP32 |
|---|---|---|
| 内核 | Cortex-M系列（M3/M4/M7） | Xtensa LX6双核 |
| 主频 | 72MHz ~ 480MHz | 160MHz ~ 240MHz |
| 无线能力 | 无（需外挂WiFi/BT模块） | 内置WiFi+蓝牙 |
| 实时性 | 优秀（硬件定时器、中断响应快） | 良好（但FreeRTOS调度有抖动） |
| 生态 | 成熟，文档丰富，库函数稳定 | 活跃，但部分库不够稳定 |
| 成本 | 中等（STM32F4约15-25元） | 较低（ESP32约10-15元） |
你可能会问：那到底选哪个？我的建议是：
- 如果点钞机需要联网（比如远程维护、固件升级），选ESP32。它自带WiFi，省一个模块的钱和空间。
- 如果对实时性要求极高（比如高速点钞、多传感器同步），选STM32。它的硬件定时器和DMA通道更可靠。
- 如果项目周期紧，选STM32。它的HAL库和CubeMX工具能帮你快速上手。
我的经验：我做过一个项目，客户要求点钞机支持OTA升级，但主控选了STM32F4。结果我们不得不外挂一个ESP8266模块做WiFi，不仅增加了成本，还多了个通信故障点。后来我学乖了——如果明确需要无线功能，直接上ESP32。
1.3 固件存储与启动流程
固件存在哪？怎么启动？这是每个嵌入式工程师必须搞明白的事。点钞机的固件存储，通常分三块：
- Bootloader：引导程序，负责检查固件、决定启动哪个版本。
- 主固件区：存放正常运行的程序。
- 备份固件区：存放上一个稳定版本，用于回滚。
启动流程大概是这样的：
- 上电后，芯片从0x08000000地址开始执行（这是STM32的Flash起始地址）。
- Bootloader先检查主固件区的CRC校验。如果校验通过，跳转到主固件。
- 如果校验失败（比如升级过程中断电了），Bootloader自动从备份区加载固件。
- 如果两个区都坏了...嗯，那就只能进厂返修了。
这里有个细节：中断向量表的重映射。Bootloader和主固件都有自己的中断向量表。Bootloader启动后，必须把中断向量表地址改成主固件的地址，否则中断来了会跑错地方。
避坑指南：我曾经在项目里犯过这个错——Bootloader跳转到主固件后，忘了重新设置中断向量表偏移。结果点钞机一启动就死机，查了两天才找到原因。后来我养成了习惯：每次跳转前，都检查一下SCB->VTOR寄存器。
代码示例（STM32 HAL库）：
/* Bootloader跳转到主固件 */
void jump_to_app(uint32_t app_addr)
{
uint32_t stack_ptr = *(volatile uint32_t*)app_addr; // 栈指针
uint32_t reset_handler = *(volatile uint32_t*)(app_addr + 4); // 复位向量
/* 关闭所有中断 */
__disable_irq();
/* 设置中断向量表偏移 */
SCB->VTOR = app_addr;
/* 设置主栈指针 */
__set_MSP(stack_ptr);
/* 跳转到主固件 */
void (*app_entry)(void) = (void (*)(void))reset_handler;
app_entry();
}这段代码看着简单，但有几个坑：
- 跳转前必须关中断，否则中断可能在跳转过程中触发。
- 中断向量表偏移必须在跳转前设置好。
- 主栈指针必须从固件头部读取，不能写死。
对于ESP32，启动流程稍有不同。ESP32的Bootloader是ROM固件，用户无法修改。它从Flash的0x1000地址读取分区表，然后根据分区表加载固件。ESP32支持OTA分区，可以同时存放两个固件版本。
总结一下：固件存储与启动，核心就三件事——校验、跳转、回滚。把这三点做好了，你的点钞机固件升级就成功了一半。
好了，第一章的内容就到这里。下一章我们聊聊点钞机的传感器驱动和信号处理——这部分才是点钞机的灵魂所在。