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[導讀]來來來,讓我們一起,左手右手一個慢動作。 每一個方向都值得一個人用一生去鉆研,每一個步驟都有其自身的魅力。


來來來,讓我們一起,左手右手一個慢動作。
每一個方向都值得一個人用一生去鉆研,每一個步驟都有其自身的魅力。

第一步,做出實體芯片。

單片機一般理解為MCU(Microcontroller Unit,微控制單元),包含定時器、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還包含GPIO、串口(UART)、DMA、協(xié)處理器、AD\DA等等。

看懂如下圖
前置:計算機組成原理,微機原理。

流水線

前置:數(shù)字邏輯電路,集成電路設(shè)計及其EDA技術(shù),verilog
把各個模塊細分為寄存器級,比如移位運算器、節(jié)拍器、譯碼器、存儲器等


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



然后會調(diào)試BUG,看時序。
前置:時序用MODELSIM,綜合用QUARTUS II 等等



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







此時應(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行最后的各種設(shè)計規(guī)則檢查。

前置:集成電路版圖設(shè)計,軟件有Cadence:Virtuoso Layout Editor




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



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

然后進行電氣測試,電磁測試,最后封裝。
前置:集成電路封裝技術(shù)




最后不能忘記出片的時候
焚香沐浴更衣,朝南拜三拜,祈禱不會有大問題。



第二步,設(shè)計系統(tǒng)驅(qū)動。



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ROM的是這樣的機器碼。



匯編器(把匯編語言變成機器碼)
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"; }}
   

編譯器 BISON和FLEX(把高級語言轉(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\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);}

終于可以固化進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)時間管理文件,信號量文件,郵箱文件,消息隊列文件,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);//估計出的最優(yōu)值 p_now=(1-kg)*p_mid;//最優(yōu)值對應(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)計和制造,電焊等技藝,模電、高頻電子線路,信號與系統(tǒng)





如果有信號傳輸
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),電磁場與電磁波,HFSS,天線技術(shù)等等。


END

作者:彭謨威
鏈接:https://www.zhihu.com/question/28580074/answer/93515413
來源:知乎
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