告诉你制作单片机需要哪些知识？

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。

流水线

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

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:VirtuosoLayout 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

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 datp loop: ting inl ting inh jend cxcute nop jmp loop inc excute: 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

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。