从零制作单片机需要哪些知识?

作者：彭谟威
来源：知乎



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、AD\DA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






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:Virtuoso Layout 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





编译器 BISON和FLEX（把高级语言转换成汇编语言）
前置：编译原理





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




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。






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






RF天线


前置：微波技术，电磁场与电磁波，HFSS，天线技术等等。


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