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。

6 J1 i$ Y/ a$ Q2 h# `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
5 I4 ]+ c% G/ o, Q# x

1. 
   
2. module minicpu(clk, reset, run, in, cs, pcout, irout, qtop, abus, dbus, out);
   
3. 
   
4. input clk,reset,run;
   " ^( }6 X) ~9 X. _! o
5. input [15:0] in;
   
6. output [1:0] cs;
   & i( n0 Y. @, a" E4 g& U& ~
7. output [15:0] irout, qtop, dbus, out;
   7 X4 s( C: d3 U
8. output [11:0] pcout, abus;
   : j- l+ B$ b( L* @& n3 c5 `4 c
9. wire [15:0] qnext, ramout, aluout;
   ( P3 o7 x3 F/ y1 s- K7 k6 k
10. reg [11:0] abus;
    : n$ I5 x+ [9 u& X9 H& I
11. reg halt, jump, pcinc, push, pop, thru, qthru, dbus2qtop, dbus2ram, dbus2obuf, ir2dbus, qtop2dbus, alu2dbus, ram2dbus, in2dbus;
    2 _4 T) D! z/ K& P8 h- S$ J
12. reg pop2, ir2abus, qtop2abus, qnext2abus;
    
13. reg [11:0] pcout, pcnext;
    8 B# A3 ]7 k2 U
14. reg [15:0] out;
    : f& f& a2 \9 b( ^
15. 
    
16. statef statef0(.clk(clk),.reset(reset),.run(run),.halt(halt),.cs(cs));
    , q- u$ ]- T9 n) L3 _, e
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));
    5 z" I* p* m2 _0 m
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));
    $ k5 T2 V  C/ M* e9 U

复制代码

3 }1 F6 N+ m; _' J9 V- k物理上是这样的
* e; f- x" ?+ }8 m3 j

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。
+ n- Q3 C9 ]: i' Z9 R7 I  D前置：Synopsys回顾一下
% F5 b8 m: u) t& d& c% S- v

' h+ u) G% w. ]$ K, ?

9 q" u$ G. e* W, |3 v+ f6 i

8 |  ?$ I9 h1 g1 c- T) X2 c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。
& q1 h0 o% D' ]前置：集成电路版图设计，软件有Cadence:Virtuoso Layout Editor

) T1 h, g# W3 v# p

0 [+ Z* D% h5 v) T2 U8 I' Z  s

, v! `9 o( p$ z& ?# y; R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。

# O- h/ [' Z. w# J: M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
# B$ D+ e! s5 O0 D
然后进行电气测试，电磁测试，最后封装。
3 o- k7 E; M2 a2 i8 c( O前置：集成电路封装技术
' p6 j% [& U; c' G

- c0 W& i# ~5 x. ~1 \, ^; i0 Y, M0 U

( t1 L; L" r8 Q) N3 r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。

7 n0 ^! z- F! Y1 V' t$ ~4 u

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。

2 X! P; O$ C3 m  e. U5 c

1 u5 L8 R2 D/ B; o汇编器（把汇编语言变成机器码）
前置：perl

1. 
   
2. #!/usr/bin/perl -W
   
3. //********
   2 o& _% A- g1 E% z& n4 ]! B
4. *********//
   
5. print "*** LABEL LIST ***\n";
   2 h: V) _. U' T
6. foreach $l (sort(keys(%label))){
   ( V' ]8 G: q; \1 Q
7.     printf "%-8s%03X\n",$l,$label{$l};
   / U  A7 B: f3 e- e( X
8. }
   2 X1 L  ~. x( r7 {( m; }
9. 
   
10. $addr=0;
    - h  V! P( i5 [3 {9 r' x
11. print "\n*** MACHINE PROGRAM ***\n";
    ! J, r& c, Q" ^; w
12. foreach (@source){
    
13.     $line = $_;
    
14.     s/\w+://;
    ) n* d* b7 L% N2 S2 I+ z5 b6 Y
15.     if(/PUSHI\s+(-?\d+)/){
    
16.        printf "%03X:%04X\t$line",$addr++,$MCODE{PUSHI}+($1&0xfff);
    ; ?, O/ l: J, M! E. F6 [
17.     } elsif(/(PUSH|POP|JMP|JZ|JNZ)\s+(\w+)/){
    
18.        printf "%03X:%04X\t$line",$addr++,$MCODE{$1}+$label{$2};
    % D. O% t7 H! x* V- g% b1 c
19.     }elsif(/(-?\d+)/){
    
20.        printf "%03X:%04X\t$line",$addr++,$1&0xffff;
    
21.     } elsif(/([A-Z]+)/){
    % u  _% ]  h2 Q  V3 v3 Y
22.        printf "%03X:%04X\t$line",$addr++,$MCODE{$1};
    - A+ A, q8 B, {% [, [' W5 y
23.     } else {
    
24.        print "\t\t$line";
      G* P) B, l- \; D% s! ~
25.     }
    . @* e. ]8 F! P) o
26. }

复制代码

( F5 q+ |% S8 @: P9 Z# H* M编译器 BISON和FLEX（把高级语言转换成汇编语言）
+ \4 X# G5 h0 q' Z) H  N3 L前置：编译原理
. P; Y9 f( I; |) M/ t

1. 
   
2. %{
   
3. #include <stdio.h>
   $ s# @$ N- D+ [5 ~
4. %}
   2 L$ W4 g1 ~- D' l  `9 I7 A6 \
5. %union {char *s; int n;}
   
6. %token <s> NAME NUMBER
   
7. %destructor { free($); } NAME NUMBER
   ! m/ q8 q/ n& f+ U
8. %token <n> IF WHILE DO
   
9. %type <n> if0
   
10. %token GOTO ELSE INT IN OUT HALT
    4 l# ]; `! r" U5 }
11. ...
    
12. ...
    6 o/ h0 Z& V0 b6 F' K7 l% T; ]
13. %%
    
14. int yyerror(char *s){ printf("%s\n",s); }
    & |3 Y- A) o+ X7 E& i
15. int main(){ yyparse(); }
    
16. %{
    ! |* ?2 J8 z/ A4 [/ u0 w2 `
17. #include <string.h>
    
18. #include "y.tab.h"
    % A# m- n. c. E; C+ `
19. int n=0;
    9 b0 w+ a8 X  |; Q1 B! L! ^
20. %}
    
21. ...
    & j2 ^& ^+ P8 m+ Z
22. ...
    ' k6 t! A: }* g0 Q" Y
23. while    {yylval.n=++n;return(WHILE);}
      Z  {/ ^2 Q4 f
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]);}
    % Z- [) P( E; f- i# D" J
27. %%
    
28. int yywrap(){ return(1);}
    ' r3 n- z  ?# M7 a) I6 T6 Y

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）
  k- a: @+ j& U  R前置:汇编语言
. m( x( r! {' ?

1. 
   
2. start: JK start
   " F- @( l, S/ ~0 B+ l9 D
3.        nop
   " q7 T- C# `* c6 R$ ^  I
4.        sdal 32
   1 T; f+ {6 j$ ^( m/ J) `) P
5.        sdah 0
   
6.        datp
   
7. loop:  ting
   ' U4 u! H/ x1 c4 O1 r
8.        inl
   3 e: y1 H" j" A. m- O, ^- ?. W
9.        ting
   ! W' u) F! a) R  o9 P
10.        inh
    * d* Q5 E) V  p, i$ d- Q
11.        jend cxcute
    3 t* n4 k( H4 t+ u
12.        nop
    $ M% L/ N; R3 u- O" q$ a% Z: R
13.        jmp loop
    
14.        inc
    ! A+ {' A. h  p
15. excute: call 32
    
16.         nop
    
17.         jmp start
    
18.         nop

复制代码

" B7 r0 V3 U* d" U# q: X/ X2 g然后开始写操作系统
4 Y. b* m/ j. l$ [+ k6 o2 k前置：ucos（嵌入式操作系统）
& T4 h: }2 Y2 G+ r, S: z4 f' R) L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。
  A1 \7 e1 ?: H4 U3 u0 ^& f7 Z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,
   + q/ @. L8 P4 n& V, z6 H
3.                                         double ProcessNiose_Q,double MeasureNoise_R,double InitialPrediction)
   
4. {
   " D* w3 p  p1 g- p" L+ o
5.         double R = MeasureNoise_R;
   
6.         double Q = ProcessNiose_Q;
   
7. 
   
8.         static        double x_last;
   
9. 
   3 ]' K; Y  v, N
10.         double x_mid = x_last;
    1 Z! t. S5 E! k# f& Z( z1 {
11.         double x_now;
    * A2 N0 J9 |) ]8 S9 H& S; R5 t
12. 
    4 B4 k# D3 i# u* G+ ~
13.         static        double p_last;
    & C0 G* ?( @3 x+ H
14. 
    
15.         double p_mid ;
    
16.         double p_now;
    
17.         double kg;        
    
18. 
    1 K$ X! K# ~" a1 d8 h# G6 ^
19.         x_mid=x_last; //x_last=x(k-1|k-1),x_mid=x(k|k-1)
    3 b, G6 o( m  }( f  a
20.         p_mid=p_last+Q; //p_mid=p(k|k-1),p_last=p(k-1|k-1),Q=噪声
    " Y2 Z2 {* J7 k* H+ L8 D
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
    7 X2 e- o  b$ X: m
23.                
    % a; T& l+ j: U
24.         p_now=(1-kg)*p_mid;//最优值对应的covariance        
    
25. 
    1 |2 C5 Z# D. O& n2 j# X. R
26.         p_last = p_now; //更新covariance值
    & O; |* T& Q/ Z- ]) E6 ?
27.         x_last = x_now; //更新系统状态值
    
28. 
    2 k+ F/ ^- Q5 u
29.         return x_now;               
    $ W# X. D+ Y6 ^9 x
30. }

复制代码

4 f  w+ B4 o) x! p# c4 v$ v8 j! _拿着含辛茹苦的板子还需要配置最小系统以及外围器件
& G% s" D$ B1 p5 Q* X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
4 A7 m5 ?' V6 {7 J& ~" x

, K5 T4 {1 M# \) N1 c1 ^/ d

/ G. q9 W0 T" b如果有信号传输
9 t3 p: g! w, L通讯协议
5 }8 S+ B, [0 W8 O( z前置：SPI,I2C,CAN，TCP/IP、wifi等等

1. 
   3 i0 H6 |& ^8 ?4 C! T
2. uint SPI_RW(uint uchar)
   / ~0 k# K+ e! g9 q" S5 k
3. {
   
4.   uint bit_ctr;
     u/ z) P; t: L5 F
5.      for(bit_ctr=0;bit_ctr<8;bit_ctr++) // output 8-bit
   
6.      {
   : K: [# ?( e/ l0 i$ }8 V' I
7.     MOSI = (uchar & 0x80);         // output 'uchar', MSB to MOSI
   / {1 B1 x* a( P0 S/ w" @
8.     uchar = (uchar << 1);           // shift next bit into MSB..
   
9.     SCK = 1;                      // Set SCK high..
   8 m! d- _) C7 o2 v
10.     uchar |= MISO;             // capture current MISO bit
    
11.     SCK = 0;                  // ..then set SCK low again
    9 ]& M; X" u# d% {5 g6 X% z7 G
12.      }
    $ }) Q& h1 y( o, k# C
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。

; m: x0 z" C9 E- o+ O  Q