单片机集成wifi等_从零制作单片机需要哪些知识？
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說(shuō)一下從芯片制作開(kāi)始到最后編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序整個(gè)過(guò)程中每一步所需要的知識(shí)。
作者：彭謨威
鏈接：https://www.zhihu.com/question/28580074/answer/93515413
來(lái)來(lái)來(lái)，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(xiàn)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、AD\DA等等。
看懂如下圖
前置：計(jì)算機(jī)組成原理，微機(jī)原理。
流水線(xiàn)
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
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(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(kāi)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(chǎng)商提供的物理器件庫(kù)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(chǎng)
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)
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(wèn)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(kāi)始寫(xiě)匯編器，編譯器。
本質(zhì)上燒寫(xiě)進(jìn)ROM的是這樣的機(jī)器碼。
匯編器(把匯編語(yǔ)言變成機(jī)器碼)
前置：perl
//********
*********//
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(jí)語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成匯編語(yǔ)言)
前置：編譯原理
#include
%}
%union {char *s; int n;}
%token NAME NUMBER
%destructor { free($$); } NAME NUMBER
%tokenIF WHILE DO
%typeif0
%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(jìn)ROM可以跑程序了，你還需要一段小型的開(kāi)啟代碼(bootloader)
前置:匯編語(yǔ)言
? ? ? 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(kāi)始寫(xiě)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(xiě)操作系統(tǒng)中的任務(wù)
前置：C語(yǔ)言，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，算法導(dǎo)論。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?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(xiàn)路，信號(hào)與系統(tǒng)
如果有信號(hào)傳輸
通訊協(xié)議
前置：SPI,I2C,CAN，TCP/IP、wifi等等
{
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(xiàn)
前置：微波技術(shù)，電磁場(chǎng)與電磁波，HFSS，天線(xiàn)技術(shù)等等。
Xinghom
33 人贊同了該回答
想從頭開(kāi)始制作單片機(jī)，...
It's a long story～
OK, let‘s rock.
/*************************分割線(xiàn)****************************/
單片機(jī)-->學(xué)名MCU ?( micro control unit) ?
首先，它是個(gè)芯片～ ?芯片設(shè)計(jì)的流程
------>>>>現(xiàn)在的芯片都是如何設(shè)計(jì)的呢？- 芯片(集成電路)(總概 from @又見(jiàn)山人)
其中所需要的知識(shí)有：(僅考慮設(shè)計(jì)MCU)
電路分析，
數(shù)字電路，
模擬電路，
半導(dǎo)體工藝與器件，
計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，
微處理器原理，
HDL語(yǔ)言，
EDA工具(綜合，仿真，布局布線(xiàn)) 等
芯片設(shè)計(jì)好沒(méi)問(wèn)題之后呢，需要拿你的設(shè)計(jì)去foundry制作～?
這又是一個(gè)美妙又漫長(zhǎng)的故事～?
好在普林斯頓的phd大神耐心的寫(xiě)出了這個(gè)詳細(xì)具體又生動(dòng)的故事
——>芯片里面有幾千萬(wàn)的晶體管是怎么實(shí)現(xiàn)的？- 中央處理器 (CPU) ?from @呆濤
想要學(xué)習(xí)芯片制造工藝?yán)锩娴闹R(shí)就更多了，比如：物理(如半導(dǎo)體物理，量子物理)，材料等和芯片制造工藝有關(guān)的內(nèi)容及步驟.... ? ?自己沒(méi)切身接觸過(guò)，涉獵不足，有待補(bǔ)充.
這樣下來(lái)，從設(shè)計(jì)前端，到后端，驗(yàn)證，再到工藝制作，流片，封裝 之后。MCU就制作出來(lái)啦！Oh,Cool！
如果是ARM的單片機(jī)， 你就可以往里面燒 bootlooder ，系統(tǒng) ，寫(xiě)驅(qū)動(dòng)了...(嵌入式開(kāi)發(fā)方向)
需要的知識(shí)有：C語(yǔ)言，匯編，操作系統(tǒng)(linux wince 等)， linux內(nèi)核.... ?etc
整個(gè)過(guò)程的任何一個(gè) “步驟” 都需要要考慮很多方面的東西，成為IC領(lǐng)域的學(xué)習(xí)方向，并非一句話(huà)帶過(guò)那么簡(jiǎn)單。正如又見(jiàn)山人的回答，如果你一己之力學(xué)會(huì)了整個(gè)芯片設(shè)計(jì)制作，寫(xiě)驅(qū)動(dòng)就真是如喘氣放屁一般....
編輯于?2015-03-09
axiom
電路原理，模擬電路，數(shù)字電路
c語(yǔ)言
然后買(mǎi)個(gè)開(kāi)發(fā)版，一個(gè)個(gè)例程跑吧！！
又看了一下問(wèn)題。添加如下:
找一本電子書(shū)。上面開(kāi)始有介紹固體物理，摻雜，二極管，三極管原理
然后是場(chǎng)效應(yīng)管，然后是集成電路制造。
數(shù)字電路，邏輯門(mén)，觸發(fā)器，乘法器，搞明白了，可以自己學(xué)hdl
語(yǔ)言，寫(xiě)FPGA，你可以自己搞一個(gè)8位得單片機(jī)了。有源代碼！！可以看。
然后是軟件編程，看匯編語(yǔ)言，51入門(mén)簡(jiǎn)單，資料多！！
結(jié)合8051得微內(nèi)碼結(jié)構(gòu)，取指令，譯指令，自己理解cpu結(jié)構(gòu)！！！！(現(xiàn)在都RISC體系，好像微內(nèi)碼不好找了)
然后是c語(yǔ)言了，c++。這個(gè)又是一步
編輯于?2015-03-09
二氧化硅--情商堪憂(yōu)的少年
本人作為一個(gè)微電子本科的學(xué)生，感覺(jué)如果說(shuō)你只是為了制作一塊MCU，你可以不特別會(huì)比較基礎(chǔ)的東西，比如半導(dǎo)體物理，電子器件一類(lèi)的課程，但是你得必須會(huì)寫(xiě)硬件描述語(yǔ)言。MCU的邏輯結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，這一步會(huì)相當(dāng)相當(dāng)難。ok，現(xiàn)在你寫(xiě)好了MCU的硬件描述語(yǔ)言腳本，也仿真無(wú)誤了。然后用EDA軟件綜合仿真，最后用畫(huà)版圖的軟件畫(huà)出MCU的集成電路版圖，這一步也是非常復(fù)雜的，不過(guò)現(xiàn)在數(shù)字集成電路的版圖可以自動(dòng)布局布線(xiàn)，但是你必須得會(huì)基本的版圖繪制方法，因?yàn)榻涌谝活?lèi)的都是模擬電路，是不能自動(dòng)生成的。然后什么版圖檢查DRC,LVS，寄生參數(shù)什么一類(lèi)的，等到版圖里沒(méi)有一點(diǎn)錯(cuò)誤，物理上還有電學(xué)上都符合要求的時(shí)候就算版圖繪制完成。
———我是設(shè)計(jì)和工藝的分割線(xiàn)—————
現(xiàn)在你就可以把你畫(huà)的版圖交給廠(chǎng)商流片，這一步會(huì)畫(huà)很多很多錢(qián)。。。然后測(cè)試，封裝。OK你自己的MCU就做好了。
如果說(shuō)你連工藝都要自己弄，先不說(shuō)課程的事，土豪能做個(gè)朋友嗎？
———我是硬件和軟件的分割線(xiàn)—————
至于驅(qū)動(dòng)一類(lèi)的很簡(jiǎn)單了，按照之前硬件描述語(yǔ)言腳本里的邏輯，把各個(gè)功能用函數(shù)的形式寫(xiě)出來(lái)就行。。
個(gè)人感覺(jué)一個(gè)人可以完成所有的步驟，但是時(shí)間啊，金錢(qián)啊，性能啊。。。
至于你得會(huì)啥。。數(shù)電，模電，硬件描述語(yǔ)言，EDA軟件使用，微機(jī)原理，匯編以及C語(yǔ)言還有很多細(xì)枝末節(jié)的知識(shí)，隨時(shí)都可能會(huì)有問(wèn)題出現(xiàn)
個(gè)人看法，歡迎各位大神給予指導(dǎo)
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的单片机集成wifi等_从零制作单片机需要哪些知识？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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