周邊
什麼是周邊？
多數微控制器不只有 CPU、RAM 或快閃記憶體，還包含用於與微控制器外部系統互動的矽區塊，也會透過感測器、馬達控制器或顯示器、鍵盤等人機介面，直接或間接地與周遭環境互動。這些元件統稱為周邊。
這些周邊之所以有用，是因為它們讓開發者可以把處理工作卸載給周邊，避免所有事都由軟體處理。就像桌面開發者會把圖形處理交給顯示卡一樣，嵌入式開發者可把某些工作交給周邊，讓 CPU 可以去做更重要的事，或不做事以節省功耗。
如果你看看 1970 或 1980 年代老式家用電腦的主機板（其實昨日的桌機與今日的嵌入式系統並沒有太大差別），你大概會看到：
- 處理器
- RAM 晶片
- ROM 晶片
- I/O 控制器
RAM 晶片、ROM 晶片與 I/O 控制器（此系統中的周邊）會透過一組稱為「匯流排」的平行線路連接到處理器。匯流排負責攜帶位址資訊，用以選擇處理器想要溝通的裝置；以及資料匯流排，用以傳輸實際資料。在嵌入式微控制器中，同樣的原理適用——只是所有東西都被封裝在同一塊矽晶片上。
然而，不同於通常有 Vulkan、Metal 或 OpenGL 等軟體 API 的顯示卡，周邊會以硬體介面呈現給微控制器，並對映到一段記憶體。
線性與實體記憶體空間
在微控制器上，將資料寫入其他任意位址（如 0x4000_0000 或 0x0000_0000）可能也是完全合法的動作。
在桌面系統上，記憶體存取由 MMU（Memory Management Unit）嚴格控制。此元件有兩項主要責任：強制記憶體區段的存取權限（防止某行程讀取或修改另一行程的記憶體）；以及將實體記憶體區段重新對映到軟體使用的虛擬記憶體範圍。微控制器通常沒有 MMU，而是只在軟體中使用實體位址。
雖然 32 位元微控制器擁有從 0x0000_0000 到 0xFFFF_FFFF 的實體線性位址空間，但實際記憶體通常只使用其中幾百 KB，留下大量位址空間。前面章節提到 RAM 位於 0x2000_0000。若 RAM 為 64 KiB（最大位址 0xFFFF），那麼 0x2000_0000 到 0x2000_FFFF 就對應到 RAM。當我們寫入位於 0x2000_1234 的變數時，內部會有邏輯偵測位址高位（此例為 0x2000），並啟用 RAM 以處理低位址部分（此例為 0x1234）。在 Cortex-M 上，Flash ROM 也會對映在 0x0000_0000 到例如 0x0007_FFFF（若有 512 KiB Flash ROM）。微控制器設計者不會忽略這兩個區域之間的空間，而是把周邊的介面對映到特定位址，結果看起來像這樣：
記憶體對映周邊
乍看之下，與這些周邊互動很簡單——把正確資料寫到正確位址。例如，透過序列埠送出一個 32 位元字，可能就只是將該 32 位元字寫入某個記憶體位址。序列埠周邊會接手並自動送出資料。
周邊的設定方式也類似。不是呼叫函式來設定周邊，而是有一塊記憶體作為硬體 API。把 0x8000_0000 寫到 SPI 頻率設定暫存器，SPI 就會以 8 Mbps 傳輸；把 0x0200_0000 寫到同一位址，SPI 就會以 125 Kbps 傳輸。這些設定暫存器看起來像這樣：
不論使用何種語言（組合語言、C 或 Rust），都必須透過此介面與硬體互動。