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从零造单片机所需的知识及步骤

Q4MP_gh_c472c21 来源:嵌入式ARM 作者:彭谟威 2020-12-30 09:46 次阅读
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。 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。

6882d708-49b8-11eb-8b86-12bb97331649.png


流水线

6898fa42-49b8-11eb-8b86-12bb97331649.jpg


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

68a9cbce-49b8-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

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

6a204a96-49b8-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

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 ***
";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 
		
%{#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
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

6ac1f224-49b8-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

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。

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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