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

1. 
   
2. module minicpu(clk, reset, run, in, cs, pcout, irout, qtop, abus, dbus, out);
   
3. 
   
4. input clk,reset,run;
   
5. input [15:0] in;
   
6. output [1:0] cs;
   
7. output [15:0] irout, qtop, dbus, out;
   
8. output [11:0] pcout, abus;
   
9. wire [15:0] qnext, ramout, aluout;
   
10. reg [11:0] abus;
    
11. reg halt, jump, pcinc, push, pop, thru, qthru, dbus2qtop, dbus2ram, dbus2obuf, ir2dbus, qtop2dbus, alu2dbus, ram2dbus, in2dbus;
    
12. reg pop2, ir2abus, qtop2abus, qnext2abus;
    
13. reg [11:0] pcout, pcnext;
    
14. reg [15:0] out;
    
15. 
    
16. statef statef0(.clk(clk),.reset(reset),.run(run),.halt(halt),.cs(cs));
    
17. stackm stackm0(.clk(clk),.reset(reset),.load(dbus2qtop),.push(push),.pop(pop),.pop2(pop2),.thru(qthru),.d(dbus),.dthru(ramout),.qtop(qtop),.qnext(qnext));
    
18. alu alu0(.a(qtop),.b(qnext),.f(irout[4:0]),.s(aluout));
    
19. dpram #(16,10,1024) dpram0(.clk(clk),.load1(dbus2ram),.addr1(abus),.addr2(pcnext),.d1(dbus),.q1(ramout),.q2(irout));
    

复制代码

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

1. 
   
2. #!/usr/bin/perl -W
   
3. //********
   
4. *********//
   
5. print "*** LABEL LIST ***\n";
   
6. foreach $l (sort(keys(%label))){
   
7.     printf "%-8s%03X\n",$l,$label{$l};
   
8. }
   
9. 
   
10. $addr=0;
    
11. print "\n*** MACHINE PROGRAM ***\n";
    
12. foreach (@source){
    
13.     $line = $_;
    
14.     s/\w+://;
    
15.     if(/PUSHI\s+(-?\d+)/){
    
16.        printf "%03X:%04X\t$line",$addr++,$MCODE{PUSHI}+($1&0xfff);
    
17.     } elsif(/(PUSH|POP|JMP|JZ|JNZ)\s+(\w+)/){
    
18.        printf "%03X:%04X\t$line",$addr++,$MCODE{$1}+$label{$2};
    
19.     }elsif(/(-?\d+)/){
    
20.        printf "%03X:%04X\t$line",$addr++,$1&0xffff;
    
21.     } elsif(/([A-Z]+)/){
    
22.        printf "%03X:%04X\t$line",$addr++,$MCODE{$1};
    
23.     } else {
    
24.        print "\t\t$line";
    
25.     }
    
26. }

复制代码

编译器 BISON和FLEX（把高级语言转换成汇编语言）
前置：编译原理

1. 
   
2. %{
   
3. #include <stdio.h>
   
4. %}
   
5. %union {char *s; int n;}
   
6. %token <s> NAME NUMBER
   
7. %destructor { free($); } NAME NUMBER
   
8. %token <n> IF WHILE DO
   
9. %type <n> if0
   
10. %token GOTO ELSE INT IN OUT HALT
    
11. ...
    
12. ...
    
13. %%
    
14. int yyerror(char *s){ printf("%s\n",s); }
    
15. int main(){ yyparse(); }
    
16. %{
    
17. #include <string.h>
    
18. #include "y.tab.h"
    
19. int n=0;
    
20. %}
    
21. ...
    
22. ...
    
23. while    {yylval.n=++n;return(WHILE);}
    
24. [0-9]+       {yylval.s=strdup(yytext);return(NUMBER);}
    
25. [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*    {yylval.s=strdup(yytext);return(NAME);}
    
26. .            {return(yytext[0]);}
    
27. %%
    
28. int yywrap(){ return(1);}
    

复制代码

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

1. 
   
2. start: JK start
   
3.        nop
   
4.        sdal 32
   
5.        sdah 0
   
6.        datp
   
7. loop:  ting
   
8.        inl
   
9.        ting
   
10.        inh
    
11.        jend cxcute
    
12.        nop
    
13.        jmp loop
    
14.        inc
    
15. excute: call 32
    
16.         nop
    
17.         jmp start
    
18.         nop

复制代码

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。

1. 
   
2. double KalmanFilter(const double ResrcData,
   
3.                                         double ProcessNiose_Q,double MeasureNoise_R,double InitialPrediction)
   
4. {
   
5.         double R = MeasureNoise_R;
   
6.         double Q = ProcessNiose_Q;
   
7. 
   
8.         static        double x_last;
   
9. 
   
10.         double x_mid = x_last;
    
11.         double x_now;
    
12. 
    
13.         static        double p_last;
    
14. 
    
15.         double p_mid ;
    
16.         double p_now;
    
17.         double kg;        
    
18. 
    
19.         x_mid=x_last; //x_last=x(k-1|k-1),x_mid=x(k|k-1)
    
20.         p_mid=p_last+Q; //p_mid=p(k|k-1),p_last=p(k-1|k-1),Q=噪声
    
21.         kg=p_mid/(p_mid+R); //kg为kalman filter，R为噪声
    
22.         x_now=x_mid+kg*(ResrcData-x_mid);//估计出的最优值
    
23.                
    
24.         p_now=(1-kg)*p_mid;//最优值对应的covariance        
    
25. 
    
26.         p_last = p_now; //更新covariance值
    
27.         x_last = x_now; //更新系统状态值
    
28. 
    
29.         return x_now;               
    
30. }

复制代码

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

1. 
   
2. uint SPI_RW(uint uchar)
   
3. {
   
4.   uint bit_ctr;
   
5.      for(bit_ctr=0;bit_ctr<8;bit_ctr++) // output 8-bit
   
6.      {
   
7.     MOSI = (uchar & 0x80);         // output 'uchar', MSB to MOSI
   
8.     uchar = (uchar << 1);           // shift next bit into MSB..
   
9.     SCK = 1;                      // Set SCK high..
   
10.     uchar |= MISO;             // capture current MISO bit
    
11.     SCK = 0;                  // ..then set SCK low again
    
12.      }
    
13.     return(uchar);                 // return read uchar
    
14. }

复制代码

RF天线
前置：微波技术，电磁场与电磁波，HFSS，天线技术等等。