知乎作者：彭谟威

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:VirtuosoLayout 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

datp

loop:  ting

inl

ting

inh

jend cxcute

nop

jmp loop

inc

excute: 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。