从零造单片机需要哪些知识？

[导读]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。

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、AD\DA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

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

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

%{#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\n",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

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。

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

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。

END

作者：彭谟威
链接：https://www.zhihu.com/question/28580074/answer/93515413
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

版权归原作者所有，如有侵权，请联系删除。

▍ 推荐阅读

成功为华为“续命：中国芯片之父张汝京

一个工程师的“噩梦”：刚分清CPU和GPU，却发现还有……

这位“华为天才少年”，竟然要我用“充电宝”打《只狼》