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從零造單片機(jī)所需的知識(shí)及步驟

Q4MP_gh_c472c21 ? 來源:嵌入式ARM ? 作者:彭謨威 ? 2020-12-30 09:46 ? 次閱讀
來來來,讓我們一起,左手右手一個(gè)慢動(dòng)作。每一個(gè)方向都值得一個(gè)人用一生去鉆研,每一個(gè)步驟都有其自身的魅力。 第一步,做出實(shí)體芯片。 單片機(jī)一般理解為MCU(Microcontroller Unit,微控制單元),包含定時(shí)器、ALU(Arithmetic Logic Unit,算術(shù)邏輯單元)、內(nèi)存、寄存器、總線等部分。而普通的意義的單片機(jī)還包含GPIO、串口(UART)、DMA、協(xié)處理器、ADDA等等。 看懂如下圖前置:計(jì)算機(jī)組成原理,微機(jī)原理。

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


流水線

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前置:數(shù)字邏輯電路,集成電路設(shè)計(jì)及其EDA技術(shù),verilog
把各個(gè)模塊細(xì)分為寄存器級(jí),比如移位運(yùn)算器、節(jié)拍器、譯碼器、存儲(chǔ)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));

	
		物理上是這樣的

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

然后會(huì)調(diào)試BUG,看時(shí)序。 前置:時(shí)序用MODELSIM,綜合用QUARTUS II 等等

然后此時(shí)才剛剛開始。 繼續(xù)生成電路網(wǎng)表,時(shí)序收斂,如果不對(duì)繼續(xù)返回上述流程繼續(xù)調(diào)試。 前置:Synopsys回顧一下

此時(shí)應(yīng)該生成版圖文件,然后根據(jù)制造廠商提供的物理器件庫進(jìn)行最后的各種設(shè)計(jì)規(guī)則檢查。前置:集成電路版圖設(shè)計(jì),軟件有Cadence:Virtuoso Layout Editor

送到代工廠,還要懂元器件前置:半導(dǎo)體物理,半導(dǎo)體器件物理,固體物理,電介質(zhì)物理,量子力學(xué),熱力學(xué)與數(shù)理統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)得到的圖表設(shè)計(jì)版圖和工藝流程,大概是這樣 前置:集成電路制造

然后進(jìn)行電氣測(cè)試,電磁測(cè)試,最后封裝。 前置:集成電路封裝技術(shù)

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

最后不能忘記出片的時(shí)候 焚香沐浴更衣,朝南拜三拜,祈禱不會(huì)有大問題。
第二步,設(shè)計(jì)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。 終于得到了物理上的片子 我們開始寫匯編器,編譯器。 本質(zhì)上燒寫進(jìn)ROM的是這樣的機(jī)器碼。

匯編器(把匯編語言變成機(jī)器碼) 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";    }}

	
		編譯器 BISON和FLEX(把高級(jí)語言轉(zhuǎn)換成匯編語言) 前置:編譯原理 
		
%{#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);}
終于可以固化進(jìn)ROM可以跑程序了,你還需要一段小型的開啟代碼(bootloader)
前置:匯編語言
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
然后開始寫操作系統(tǒng)
前置:ucos嵌入式操作系統(tǒng))

系統(tǒng)宏定義,系統(tǒng)功能配置,系統(tǒng)頭文件,初始化文件,調(diào)度文件,任務(wù)管理文件
系統(tǒng)時(shí)間管理文件,信號(hào)量文件,郵箱文件,消息隊(duì)列文件,內(nèi)存管理文件,系統(tǒng)服務(wù)文件,MAIN文件。
寫操作系統(tǒng)中的任務(wù)
前置:C語言,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),算法導(dǎo)論。
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=噪聲        kg=p_mid/(p_mid+R); //kg為kalman filter,R為噪聲        x_now=x_mid+kg*(ResrcData-x_mid);//估計(jì)出的最優(yōu)值                        p_now=(1-kg)*p_mid;//最優(yōu)值對(duì)應(yīng)的covariance        
        p_last = p_now; //更新covariance值        x_last = x_now; //更新系統(tǒng)狀態(tài)值
        return x_now;                }
拿著含辛茹苦的板子還需要配置最小系統(tǒng)以及外圍器件
前置:PCB設(shè)計(jì)和制造,電焊等技藝,模電、高頻電子線路,信號(hào)與系統(tǒng)

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

如果有信號(hào)傳輸
通訊協(xié)議
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天線
前置:微波技術(shù),電磁場(chǎng)與電磁波,HFSS,天線技術(shù)等等。

責(zé)任編輯:xj

原文標(biāo)題:從零造單片機(jī)需要哪些知識(shí)?

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