一、电路原理图

二、代码实现原理

原理：利用人眼暂缓效果，依次点亮相应的LED段即可显示对应的数字

1、数据驱动（Data-Driven）而非逻辑驱动

观察、抽象、落地（查表法，把硬件映射成一张静态的表，代码只需要遍历这张表）。

利用结构体数组来定义使用到的端口及引脚号。

利用结构体数组来定义对应的阴极和阳极。

2. “三态”思维（Tri-state Logic）

   普通编程只有 0 (False) 和 1 (True)。但在嵌入式硬件中，还有第三种状态：高阻态（High-Z），也就是“断开”。

• 核心逻辑：Charlieplexing 的精髓在于，当我要点亮 Pin1->Pin2 的灯时，Pin3、4、5 必须“消失”（变成高阻态）。如果不消失，电流就会乱窜，导致不该亮的灯微亮（鬼影）。

• 原子操作：我设计 Light_Single_Segment 函数时，严格遵循了 “全灭(复位) -> 开阳极 -> 开阴极 -> 延时 -> 全灭” 的原子流程。

3. 分层架构（Layered Architecture）

我把代码分成了三层，互不干扰：

• 硬件抽象层 (HAL/GPIO)：Set_Pin_Output, Reset_All_Pins。只管电气特性，不管显示什么。

• 驱动层 (Driver)：Light_Single_Segment, Charlieplex_Refresh。只管怎么把数字变成亮灯信号，不管硬件是 STM32 还是 Arduino。

• 应用层 (App/Main)：main 函数。只管我要显示 "188"，不管底层怎么实现。

  Static const的作用

         在 C 语言的 .c 文件中，针对全局变量和函数使用 static 关键字，核心作用是控制 “可见性”（Scope/Visibility） 和 “链接属性”（Linkage）。

简单来说，就是区分 “私有（Private）” 和 “公有（Public）”。

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1. 为什么要加 static？（私有化）

当你在函数或全局变量前加上 static，意味着：这个东西只能在当前 .c 文件内部被看见和使用，其他文件（比如 main.c）完全不知道它的存在。

代码中的例子：

• static const CharliePin_t CP_PINS[...]

  • 作用： 这是定义引脚硬件连接的数组。

  • 好处： 防止外部修改。你肯定不希望 main.c 里某行代码不小心把 CP_PINS[0] 的引脚号改了，导致驱动崩溃。加了 static，外部代码连访问它的权限都没有，绝对安全。

• static void Set_Pin_Output(...)

  • 作用： 这是一个底层的“脏活累活”函数，只负责设置寄存器。

  • 好处： 隐藏实现细节。对于使用这个驱动的人（比如写 main.c 的人），他只需要调用 Charlieplex_ShowNumber()，不需要知道底层还要把引脚设为推挽输出。把这个函数藏起来，可以让库的接口更干净。

• 防止命名冲突（最重要的原因）：

  • 如果你的项目里还有一个 lcd.c，里面也写了一个函数叫 void Reset_All_Pins(void)。

  • 如果都不加 static：编译器在链接时会报错：“重复定义（Multiple Definition）”，因为它不知道该调用哪一个。

  • 如果都加了 static：这两个函数互不干扰，各自只在自己的文件里生效。

2. 为什么要不加 static？（公有化/API）

不加 static 的函数，默认是 “全局可见” 的。只要在 .h 文件里声明了，其他任何文件引用了头文件就能调用它。

代码中的例子：

• void Charlieplex_Init(void)

• void Charlieplex_ShowNumber(uint16_t number)

原因： 这些是给外部调用的 接口（API）。 如果把 Charlieplex_Init 也加上 static，那 main.c 就没办法初始化这个屏幕了，这个驱动也就废了。

RAM 和 Flash

你需要区分两个概念：静态存储区（RAM） 和 代码/只读数据区（Flash）。

1. static 修饰函数（如 static void Set_Pin_Output）

• 占用哪里？ 占用 Flash（ROM），也就是存代码的地方。

• 会多占吗？ 不会。无论你加不加 static，这个函数的代码指令都要存在 Flash 里。

• 区别： 加了 static，编译器知道这个函数“私有”，如果不被调用，编译器甚至可以直接把它优化删掉（Dead Code Elimination），反而省了空间。如果不加 static，编译器不敢删，因为它怕别的文件会调用它。

2. static 修饰常量数组（如 static const uint8_t NUM_FONT[]）

• 关键点： 注意你代码里有一个 const。

• 占用哪里？ Flash（ROM）。

• 解释： 在 STM32 这种 ARM 架构上，const 变量直接烧录在 Flash 里。程序运行时，CPU 直接从 Flash 读取数据，完全不占用宝贵的 RAM。

• 如果不加 static？ 也没事，还是在 Flash。但加了 static 可以防止命名污染。

3. static 修饰变量（如 static int counter; —— 你代码里没这个，但假设有）

• 占用哪里？ RAM（静态存储区 .bss/.data）。

• 会浪费吗？ 这才是你担心的点。是的，这种变量会永久占用 RAM，直到断电。

• 但是： 全局变量（不加 static）一样会永久占用 RAM。加了 static 只是限制了它的访问范围，并没有增加它的物理体积。

总结： 你的代码中主要是 static 函数和 static const 数组，它们完全不消耗 RAM，非常安全且高效。

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第二部分：深度解析“编译器自动内联 (Auto-Inlining)”

这是现代编译器（GCC, ARMCC, Clang）最迷人的特性之一。

1. 什么是普通函数调用？（有开销）

假设 main 调用 Set_Pin_Output，CPU 实际上在做这些事：

1. 保护现场（压栈）： 把当前 main 里的寄存器值存到栈（Stack）里（怕被破坏）。

2. 跳转（Jump）： PC 指针跳到 Set_Pin_Output 的地址。

3. 执行： 跑那几行 GPIO 代码。

4. 恢复现场（出栈）： 把栈里的值取回来。

5. 跳回（Return）： 回到 main 继续跑。

成本： 如果函数体很小（比如只有 2 行代码），“跳转和压栈”的时间可能比“执行代码”的时间还长！这就好比你去楼下便利店买瓶水（执行），结果花在穿鞋、等电梯（开销）上的时间比买水还多。

2. 什么是内联（Inlining）？（零开销）

编译器看到 static 函数代码很少，它会想：“反正也没别人用，我直接把这几行代码复制粘贴到调用的地方吧。”

效果：

• 没有压栈。

• 没有跳转。

• 代码直接顺序执行下来。

这就是为什么“比喻成搬代码”： 原本的代码逻辑是 A -> 跳到B -> 做B -> 回到A。 内联后变成了 A -> 做B -> A。

3. 为什么 static 极其关键？

这是编译器的心理博弈：

2. static 修饰常量数组（如 static const uint8_t NUM_FONT[]）

3. static 修饰变量（如 static int counter; —— 你代码里没这个，但假设有）

总结： 你的代码中主要是 static 函数和 static const 数组，它们完全不消耗 RAM，非常安全且高效。

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关键实现点：利用const修饰的常量放入rom，直接利用查表法实现各项功能逻辑实现。

• 情况 A：不加 static (全局函数) 编译器想：“这个函数 Light_Single_Segment 虽然很短，但也许隔壁 main.c 或者 interrupt.c 会通过函数名来调用它。所以我必须保留这个函数的实体，不能随便把它弄消失，也不敢随便把它揉碎了塞进别的函数里。” -> 优化受限。

• 情况 B：加了 static (私有函数) 编译器想：“哈！这个函数是 static 的，意味着只有当前这个文件能看见它。我扫描了一遍当前文件，发现只有 Charlieplex_Refresh 调用了它一次。那我根本不需要生成这个函数的实体，直接把它的肉（代码逻辑）挖出来，填到调用者肚子里去！” -> 极致优化。

  你需要区分两个概念：静态存储区（RAM） 和 代码/只读数据区（Flash）。

  1. static 修饰函数（如 static void Set_Pin_Output）

• 占用哪里？ 占用 Flash（ROM），也就是存代码的地方。

• 会多占吗？ 不会。无论你加不加 static，这个函数的代码指令都要存在 Flash 里。

• 区别： 加了 static，编译器知道这个函数“私有”，如果不被调用，编译器甚至可以直接把它优化删掉（Dead Code Elimination），反而省了空间。如果不加 static，编译器不敢删，因为它怕别的文件会调用它。

• 关键点： 注意你代码里有一个 const。

• 占用哪里？ Flash（ROM）。

• 解释： 在 STM32 这种 ARM 架构上，const 变量直接烧录在 Flash 里。程序运行时，CPU 直接从 Flash 读取数据，完全不占用宝贵的 RAM。

• 如果不加 static？ 也没事，还是在 Flash。但加了 static 可以防止命名污染。

• 占用哪里？ RAM（静态存储区 .bss/.data）。

• 会浪费吗？ 这才是你担心的点。是的，这种变量会永久占用 RAM，直到断电。

• 但是： 全局变量（不加 static）一样会永久占用 RAM。加了 static 只是限制了它的访问范围，并没有增加它的物理体积。