实验：定时器比较事件

从设备行为开始

嵌入式程序同时受硬件寄存器、时间和物理边界约束。先写设备应观察到的输入、必须产生的输出、最大响应时间和失败后的安全状态，再讨论代码。围绕GPIO、定时器与时序，本节完成：围绕实验：定时器比较事件用本地Python虚拟寄存器、外设或调度器仿真正常、边界、故障和恢复四组情形。全部练习使用课程生成数据，不要求连接开发板、电源或执行器。
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跟我画寄存器、信号与时间线

第一步列地址、位域、单位与复位值；第二步画输入事件、中断、任务和输出波形；第三步依据实验：定时器比较事件必须声明寄存器或接口、时钟单位、初态、事件顺序、截止期、安全状态和可观察波形逐拍推进一次正常路径；最后注入越界、超时或复位并检查安全状态。每次读改写都标明掩码，每个时间量都写单位，防止把十六进制、频率和周期混在一起。
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从数据手册到驱动契约

把数据手册中的前置条件、寄存器副作用、等待条件和错误标志翻译为驱动接口。上层调用者只依赖明确结果，不直接拼寄存器位。驱动写入前验证范围，写入后读取可观察状态；具有write-one-to-clear或保留位的寄存器禁止无依据整字覆盖。
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围绕实验：定时器比较事件做三轮递进：先读虚拟外设参考实现并手算状态；再改变时钟、缓冲容量或事件顺序，预测首个受影响位置；最后只看接口与时序图独立重写。若代码依赖偶然延时、无限轮询或未声明全局状态，说明机制尚未掌握。
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中断、任务与实时约束

ISR只采集必要状态、清除已确认标志并投递事件，耗时工作交给任务。任务声明周期、执行时间、优先级、截止期和阻塞上界。并发通信优先使用有界队列与所有权转移；共享数据必须说明临界区和优先级反转处理。实时不是“运行很快”，而是在最坏条件下仍满足截止期。
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可运行仿真与四组测试

参考程序用Python 3标准库模拟寄存器、外设、状态机或调度器，由判题器真实运行。正常测试验证主路径，边界测试覆盖零、满缓冲和计数溢出，故障测试注入坏帧、超时或非法转移，恢复测试确认复位后回到已知状态。若有8类状态，至少准备8×4=32项基础检查。
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安全硬件边界

本节硬件边界是：实验：定时器比较事件不能把仿真通过等同于硬件安全；电压、电流、接地、探头、执行器、隔离和厂商手册边界必须复核。若以后迁移到真实板卡，先核对绝对最大额定值、逻辑电平、引脚复用、供电顺序、共地与隔离；断电接线，限流上电，先测静态电压再连接执行器。示波器地夹、台式电源地和高侧节点可能造成短路；涉及市电、高能电池、电机或人体连接时必须由合格实验室监督，本课程仿真不授权实际接线。
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常见错误与恢复

看到错误波形先固定时钟与事件脚本，比较期望和实际时间线的首个分叉；再检查复位值、位掩码、单位换算、中断标志、缓冲索引、任务阻塞和超时清理。不要靠增加sleep掩盖竞态。修复后重跑全部脚本，并验证看门狗或复位不会留下半写配置。
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公式、预算与工程证据

时间预算同时考虑采样、ISR、排队、任务执行与输出延迟；资源预算列Flash、RAM、栈、缓冲和能量。优化先测量最坏值与分位数，不用平均值掩盖截止期违约。围绕实验：定时器比较事件保存寄存器表、时序图、仿真输入输出、故障恢复记录和仍需真实硬件确认的假设。
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对实验：定时器比较事件再做一次原子性审查：主循环与ISR是否会同时读改同一字段，外设标志是否读后清除，计数器宽度是否可能在读取中间翻转，DMA与CPU何时交换缓冲所有权。若需要临界区，记录最长关中断或持锁时间，并把它加入所有受影响任务的最坏响应时间，而不是只验证功能结果。
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建立从仿真到板级测试的证据梯子：先用纯函数验证换算，再用虚拟寄存器验证副作用，随后用事件脚本验证中断与任务交错，最后才在隔离、限流的硬件环境测波形。每一级都明确通过条件和未覆盖风险；上一级失败时不得直接跳到真实执行器试错。
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练习与自检

完成单选、多选、计算题及可运行实验。合上材料解释实验：定时器比较事件的初态、事件、寄存器副作用、最坏延迟、安全状态与四类测试；再说明仿真能证明什么、不能证明什么。能更换时钟和事件顺序重新推导，才算掌握。

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