从零造单片机所需的知识及步骤

来来来，让我们一起，左手右手一个慢动作。每一个方向都值得一个人用一生去钻研，每一个步骤都有其自身的魅力。   第一步，做出实体芯片。  单片机一般理解为MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，包含定时器、ALU(Arithmetic Logic Unit,算术逻辑单元)、内存、寄存器、总线等部分。而普通的意义的单片机还包含GPIO、串口（UART）、DMA、协处理器、ADDA等等。  看懂如下图前置：计算机组成原理，微机原理。  

 
流水线  

 
前置：数字逻辑电路，集成电路设计及其EDA技术，verilog
把各个模块细分为寄存器级，比如移位运算器、节拍器、译码器、存储器等

 

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module minicpu(clk, reset, run, in, cs, pcout, irout, qtop, abus, dbus, out);
 input clk,reset,run; input [15:0] in; output [1:0] cs; output [15:0] irout, qtop, dbus, out; output [11:0] pcout, abus; wire [15:0] qnext, ramout, aluout; reg [11:0] abus; reg halt, jump, pcinc, push, pop, thru, qthru, dbus2qtop, dbus2ram, dbus2obuf, ir2dbus, qtop2dbus, alu2dbus, ram2dbus, in2dbus; reg pop2, ir2abus, qtop2abus, qnext2abus; reg [11:0] pcout, pcnext; reg [15:0] out;
 statef statef0(.clk(clk),.reset(reset),.run(run),.halt(halt),.cs(cs)); stackm stackm0(.clk(clk),.reset(reset),.load(dbus2qtop),.push(push),.pop(pop),.pop2(pop2),.thru(qthru),.d(dbus),.dthru(ramout),.qtop(qtop),.qnext(qnext)); alu alu0(.a(qtop),.b(qnext),.f(irout[4:0]),.s(aluout)); dpram #(16,10,1024) dpram0(.clk(clk),.load1(dbus2ram),.addr1(abus),.addr2(pcnext),.d1(dbus),.q1(ramout),.q2(irout));

 物理上是这样的

 

 

 然后会调试BUG，看时序。 前置：时序用MODELSIM，综合用QUARTUS II 等等

 

 然后此时才刚刚开始。 继续生成电路网表，时序收敛，如果不对继续返回上述流程继续调试。 前置：Synopsys回顾一下  

 

 

 

 

   

 

 

 此时应该生成版图文件，然后根据制造厂商提供的物理器件库进行最后的各种设计规则检查。前置：集成电路版图设计，软件有Cadence:Virtuoso Layout Editor

 

 

 

 送到代工厂，还要懂元器件前置：半导体物理，半导体器件物理，固体物理，电介质物理，量子力学，热力学与数理统计。

 

 

 根据得到的图表设计版图和工艺流程，大概是这样 前置：集成电路制造  

   然后进行电气测试，电磁测试，最后封装。 前置：集成电路封装技术

 

 

 

 

 最后不能忘记出片的时候 焚香沐浴更衣，朝南拜三拜，祈祷不会有大问题。

  第二步，设计系统驱动。  终于得到了物理上的片子 我们开始写汇编器，编译器。 本质上烧写进ROM的是这样的机器码。

 

 

 汇编器（把汇编语言变成机器码） 前置：perl  

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#!/usr/bin/perl -W//*****************//print "*** LABEL LIST ***
";foreach $l (sort(keys(%label))){    printf "%-8s%03X
",$l,$label{$l};}
$addr=0;print "
*** MACHINE PROGRAM ***
";foreach (@source){    $line = $_;    s/w+://;    if(/PUSHIs+(-?d+)/){       printf "%03X:%04X	$line",$addr++,$MCODE{PUSHI}+($1&0xfff);    } elsif(/(PUSH|POP|JMP|JZ|JNZ)s+(w+)/){       printf "%03X:%04X	$line",$addr++,$MCODE{$1}+$label{$2};    }elsif(/(-?d+)/){       printf "%03X:%04X	$line",$addr++,$1&0xffff;    } elsif(/([A-Z]+)/){       printf "%03X:%04X	$line",$addr++,$MCODE{$1};    } else {       print "		$line";    }}

 编译器 BISON和FLEX（把高级语言转换成汇编语言） 前置：编译原理  

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%{#include %}%union {char *s; int n;}%token  NAME NUMBER%destructor { free($$); } NAME NUMBER%token  IF WHILE DO%type  if0%token GOTO ELSE INT IN OUT HALT......%%int yyerror(char *s){ printf("%s
",s); }int main(){ yyparse(); }%{ #include  #include "y.tab.h" int n=0;%}......while    {yylval.n=++n;return(WHILE);}[0-9]+       {yylval.s=strdup(yytext);return(NUMBER);}[a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*    {yylval.s=strdup(yytext);return(NAME);}.            {return(yytext[0]);}%%int yywrap(){ return(1);}

 终于可以固化进ROM可以跑程序了，你还需要一段小型的开启代码（bootloader）
前置:汇编语言  

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start: JK start       nop       sdal 32       sdah 0       datploop:  ting       inl       ting       inh       jend cxcute       nop       jmp loop       incexcute: call 32        nop        jmp start        nop

 然后开始写操作系统
前置：ucos（嵌入式操作系统）
系统宏定义，系统功能配置，系统头文件，初始化文件，调度文件，任务管理文件
系统时间管理文件，信号量文件，邮箱文件，消息队列文件，内存管理文件，系统服务文件，MAIN文件。  写操作系统中的任务
前置：C语言，数据结构，算法导论。  

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double KalmanFilter(const double ResrcData,                                        double ProcessNiose_Q,double MeasureNoise_R,double InitialPrediction){        double R = MeasureNoise_R;        double Q = ProcessNiose_Q;
        static        double x_last;
        double x_mid = x_last;        double x_now;
        static        double p_last;
        double p_mid ;        double p_now;        double kg;        
        x_mid=x_last; //x_last=x(k-1|k-1),x_mid=x(k|k-1)        p_mid=p_last+Q; //p_mid=p(k|k-1),p_last=p(k-1|k-1),Q=噪声        kg=p_mid/(p_mid+R); //kg为kalman filter，R为噪声        x_now=x_mid+kg*(ResrcData-x_mid);//估计出的最优值                        p_now=(1-kg)*p_mid;//最优值对应的covariance        
        p_last = p_now; //更新covariance值        x_last = x_now; //更新系统状态值
        return x_now;                }

 拿着含辛茹苦的板子还需要配置最小系统以及外围器件
前置：PCB设计和制造，电焊等技艺，模电、高频电子线路，信号与系统  

 

 

     

 

 

 如果有信号传输
通讯协议
前置：SPI,I2C,CAN，TCP/IP、wifi等等  

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uint SPI_RW(uint uchar){  uint bit_ctr;     for(bit_ctr=0;bit_ctr<8;bit_ctr++) // output 8-bit     {    MOSI = (uchar & 0x80);         // output 'uchar', MSB to MOSI    uchar = (uchar << 1);           // shift next bit into MSB..    SCK = 1;                      // Set SCK high..    uchar |= MISO;             // capture current MISO bit    SCK = 0;                  // ..then set SCK low again     }    return(uchar);                 // return read uchar}

RF天线
前置：微波技术，电磁场与电磁波，HFSS，天线技术等等。  

 

 

 

责任编辑：xj

原文标题：从零造单片机需要哪些知识？

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