今天給大家介紹一下從芯片制作開始，到最后編寫驅動程序整個過程中，每一步所需要的知識。

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,算術邏輯單元)、內存、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：數字邏輯電路，集成電路設計及其EDA（LCED.CN）技術，verilog

把各個模塊細分為寄存器級，比如移位運算器、節拍器、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。

繼續生成電路網表，時序收斂，如果不對繼續返回上述流程繼續調試。

前置：Synopsys

回顧一下 

 

此時應該生成版圖文件，然后根據制造廠商提供的物理器件庫進行最后的各種設計規則檢查。

前置：集成電路版圖設計，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，電介質物理，量子力學，熱力學與數理統計。 

根據得到的圖表設計版圖和工藝流程，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 

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，設計系統驅動。

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

       datp

loop:  ting

       inl

       ting

       inh

       jend cxcute

       nop

       jmp loop

       inc

excute: call 32

        nop

        jmp start

        nop

然后開始寫操作系統

前置：ucos（嵌入式操作系統）

系統宏定義，系統功能配置，系統頭文件，初始化文件，調度文件，任務管理文件

系統時間管理文件，信號量文件，郵箱文件，消息隊列文件，內存管理文件，

系統服務文件，MAIN文件。

寫操作系統中的任務

前置：C語言，數據結構，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);//估計出的最優值

        p_now=(1-kg)*p_mid;//最優值對應的covariance        

        p_last = p_now; //更新covariance值

        x_last = x_now; //更新系統狀態值

        return x_now;                

}

拿著含辛茹苦的板子還需要配置最小系統以及外圍器件

前置：PCB設計和制造，電焊等技藝，模電、高頻電子線路，信號與系統

如果有信號傳輸

通訊協議

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，電磁場與電磁波，HFSS，天線技術等等。

歡迎各位大神給予指導~

來源：知乎 

作者：彭謨威