怎么讀取單片機(jī)程序_單片機(jī)程序是如何執(zhí)行的_如何讀懂單片機(jī)程序

　　怎么讀取單片機(jī)程序_單片機(jī)程序是如何執(zhí)行的

　　單片機(jī)又叫芯片，里面是有程序的。芯片里面的程序都是經(jīng)過加密的，一般是讀不出來的。但是可以破解出來，有加密自然就有解密。如果你想解密你手里的單片機(jī)，只需要在百度里輸入“芯片解密”就可以找到專門破解芯片的公司了。

　　接下來我們了解一下單片機(jī)的程序是如何執(zhí)行的：

　　單片機(jī)的運(yùn)行需要執(zhí)行程序，同時硬件也是必不可少的，二者缺一不可。大家都知道單片機(jī)的運(yùn)行需要執(zhí)行寫好的程序，但是單片機(jī)的指令數(shù)據(jù)都被寫在了哪里？在哪讀取指令？單片機(jī)達(dá)人給你解答技術(shù)難題。

　　讓我們從最開始的環(huán)節(jié)講起。在單片機(jī)上電的瞬間，MCU的程序指針PC會被初始化為上電復(fù)位時的地址，從哪個地址處讀取將要執(zhí)行的指令，由此程序在MCU上開始執(zhí)行（當(dāng)然在調(diào)用程序的main之前，還有一系列其他的的初始化要做，如堆棧的初始化，不過這些很少回去修改）。PC在上電時，和MCU差不多，不過讀取的是BIOS，有它完成了很多初始化操作，最后，調(diào)用系統(tǒng)的初始化函數(shù)，將控制權(quán)交給了操作系統(tǒng)，于是我們看到了Windows、Linux系統(tǒng)啟動了。

　　如果將操作系統(tǒng)看作是在處理器上奔跑的一個大裸機(jī)程序（就是直接在硬件上跑的程序，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)就是直接跑在CPU上的，這樣看待是可以的，不過這個裸機(jī)程序功能很多，很強(qiáng)大），那么操作系統(tǒng)的啟動很像MCU程序的啟動。前者有一個很大的初始化程序完成很復(fù)雜的初始化，后者有一段不長的匯編代碼完成一些簡單的初始化。這一點(diǎn)看，它們在流程上是很相似的。

　　如果是系統(tǒng)上的程序啟動呢？它們是由系統(tǒng)來決定的。Linux上在shell下輸入。/p后，首先檢查是否是一個內(nèi)建的shell命令；如果不是，則shell假設(shè)它是一個可執(zhí)行文件（Linux上一般是elf格式），然后調(diào)用一些相關(guān)的函數(shù)，將在硬盤上的p文件的內(nèi)容拷貝到內(nèi)存（DDR RAM）中，并建立一個它的運(yùn)行環(huán)境（當(dāng)然這里邊還有內(nèi)存映射，虛擬內(nèi)存，連接與加載，等一些其他東西），準(zhǔn)備執(zhí)行。

　　由以上可知，單片機(jī)上的程序和平時在系統(tǒng)上運(yùn)行的程序相比，在啟動時差異是很大的（如果將程序調(diào)用main以前的動作，都抽象為初始化的話，程序的啟動可以簡化為：建立運(yùn)行環(huán)境+調(diào)用main函數(shù)，這樣程序的執(zhí)行差異是不大的）。因?yàn)閱纹瑱C(jī)上跑的程序（裸機(jī)程序），是和操作系統(tǒng)一樣跑在硬件上的，它們屬于一個層次的。過去之所以沒有區(qū)分出單片機(jī)上的程序和PC機(jī)上的程序的一些差異，就是沒有弄明白這一點(diǎn)。

　　由此，以前的一些疑惑也就解開了。為什么在單片機(jī)上的程序不怎么使用malloc，而PC上經(jīng)常使用？因?yàn)閱纹瑱C(jī)上沒有已經(jīng)寫好的內(nèi)存管理算法代碼，而在PC上操作系統(tǒng)里運(yùn)行的程序，libc已經(jīng)把這些都做了，只需要調(diào)用就可以了。如果在單片機(jī)上想用動態(tài)內(nèi)存，也可以，但是這些代碼要自己去實(shí)現(xiàn)，并定義一個相應(yīng)的malloc，有時候一些公司會提供一些庫函數(shù)可能會實(shí)現(xiàn)malloc，但是因?yàn)閱纹瑱C(jī)上RAM內(nèi)存十分有限，如果不知道它的運(yùn)行方式，估計(jì)會很危險。同樣，因?yàn)樵赑C的系統(tǒng)上運(yùn)行的程序與邏機(jī)程序的不同，裸機(jī)程序不會有動態(tài)鏈接，有的只是靜態(tài)鏈接。

　　關(guān)于程序在執(zhí)行時，從哪里讀取指令，哪里讀取數(shù)據(jù)，也曾因?yàn)闆]有弄清楚系統(tǒng)上的程序和裸機(jī)程序之間的區(qū)別，而疑惑了很久。雖然在《微型計(jì)算機(jī)原理》課上知道程序運(yùn)行時，從內(nèi)存中讀取指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行執(zhí)行和回寫。但是單片機(jī)上只有幾K的RAM，而flash一般有幾十K甚至1M，這個時候指令和數(shù)據(jù)都在內(nèi)存中嗎（這里指的內(nèi)存僅指RAM，因?yàn)镻C上我們常說的內(nèi)存就是DDR RAM memory，先入為主以至于認(rèn)為單片機(jī)上也是這樣，還沒有明白其實(shí)RAM和Flash都是內(nèi)存）？

　　這不可能，因?yàn)檎n上老師只說內(nèi)存，但是PC上內(nèi)存一般就是DDR RAM，不會是硬盤，硬盤是保存數(shù)據(jù)的地方；由此類比時，容易把自己弄糊涂，單片機(jī)的RAM對應(yīng)于DDR RAM，那Flash是不是就對應(yīng)于硬盤了呢？在CSAPP上明白了，PC上之所以都在DDR RAM上，是速度的因素。硬盤的速度太慢，即使是即將到來的SSD比起DDRRAM，還是差著幾個數(shù)量級，所以拷貝到DDRRAM中。這時，一個程序的代碼和數(shù)據(jù)是連續(xù)存放的，其中代碼段是只讀區(qū)域，數(shù)據(jù)段是可讀寫區(qū)域（這是由操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理機(jī)制決定的）。

　　運(yùn)行時，再將它們拷貝到速度更快的SRAM中，以得到更快的執(zhí)行速度。而對于，單片機(jī)而言工作頻率也就幾M或者幾十M，從Flash中與從RAM中讀的差異可能并不明顯，不會成為程序執(zhí)行的瓶頸（而對于PC而言，F(xiàn)lash的速度太慢，DDRRAM的速度也是很慢，即使是SRAM也是慢了不少，于是再提高工作頻率也提高不了程序的執(zhí)行速度，所以現(xiàn)在CPU工作頻率最快是在2003左右。一個瓶頸出現(xiàn)了。為了提高CPU的使用率，換個角度想一下，既然不能減少一段程序的執(zhí)行時間，就在同樣的時間執(zhí)行更多的程序，一個核執(zhí)行一段程序，兩個核就可以執(zhí)行兩段程序，于是多核CPU成為了現(xiàn)在的主流）。

　　所以裸機(jī)程序指令就在Flash（Flash memory）中存放，而數(shù)據(jù)就放在了RAM中（flash的寫入次數(shù)有限制，同時它的速度和RAM還是差很多）。更廣泛說，在單片機(jī)上RAM存放data段、bss段、堆棧段；ROM（EPROM、EEPROM、Flash等非易失性存儲設(shè)備）存放代碼，只讀數(shù)據(jù)段。本質(zhì)上說，這和PC上程序都在RAM中存放是一樣的，PC 上是操作系統(tǒng)規(guī)定了可讀與可寫，而單片機(jī)上是依靠不同的存儲設(shè)備區(qū)分了可讀與可寫。當(dāng)然現(xiàn)在的Flash是可讀寫的，如果Flash沒有寫入次數(shù)限制，速度又可以和RAM相差不多，單片機(jī)上是不是只要Flash就可以了呢（直接相當(dāng)于PC上的DDRRAM）？這樣成本也會比一個RAM，一個Flash低，更節(jié)省成本，對于生產(chǎn)商更劃算。

　　對于單片機(jī)的程序執(zhí)行時指令和數(shù)據(jù)的存放與讀取，理解如下：

　　對單片機(jī)編程后，程序的代碼段、data段、bss段、rodata段等都存放在Flash中。當(dāng)單片機(jī)上電后，初始化匯編代碼將data段、bss段、復(fù)制到RAM中，并建立好堆棧，開始調(diào)用程序的main函數(shù)。以后，便有了程序存儲器，和數(shù)據(jù)存儲器之分，運(yùn)行時從Flash（即指令存儲器，代碼存儲器）中讀取指令 ，從RAM中讀取與寫入數(shù)據(jù)。RAM存在的意義就在于速度更快。

　　無論是單片機(jī)也好，PC也罷，存在的存儲器金字塔都是一致的，速度的因素，成本的限制導(dǎo)致了一級級更快的存儲器的更快速度與更高的成本。應(yīng)該說，對于它們的理解，就是存儲器金字塔的理解。

　　如何讀懂單片機(jī)程序

　　1、單片機(jī)程序執(zhí)行流程

　　這是我們首先必須要知道的，單片機(jī)程序一般就有兩種，一種是匯編程序，一種是c語言程序。這里我們講c語言程序。

　　單片機(jī)程序都有一個包含主函數(shù)的文件，包含主函數(shù)的文件都有一個統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，如下所示：

　　重點(diǎn)：單片機(jī)一上電，從主函數(shù)main的第一條語句開始執(zhí)行，是一條語句接著一條語句從上而下執(zhí)行，直到進(jìn)入while后，再從while的第一條語句執(zhí)行到最后一條語句，由于是死循環(huán)，會再從while的第一條語句執(zhí)行到最后一條語句，如此反復(fù)執(zhí)行，永不停止！直到斷電！

　　這些語句當(dāng)中，有些是函數(shù)的調(diào)用，遇到函數(shù)的調(diào)用，進(jìn)入到函數(shù)，再從函數(shù)的第一條語句執(zhí)行到最后一條語句，然后跳出函數(shù)，再從剛才主函數(shù)中那條函數(shù)的下一條語句開始執(zhí)行。如果實(shí)在搞不明白函數(shù)是怎么一回事，你可以用函數(shù)里面的所有語句代替函數(shù)在主函數(shù)中的位置。例如：

　　上面這個例子中，單片機(jī)一上電，會執(zhí)行主函數(shù)的第一條語句，也就是led_init（），這個是一個函數(shù)的調(diào)用語句，程序會從led_init函數(shù)中的第一條語句開始執(zhí)行，直到執(zhí)行完最后一條語句后，回到主函數(shù)，進(jìn)入while，從while的第一條語句delay（）開始執(zhí)行，delay（）又是一個函數(shù)，程序會從delay（）的第一條語句開始執(zhí)行，delay（）函數(shù)中有兩個for循環(huán)，執(zhí)行完for循環(huán)后，就跳出delay（）函數(shù)，執(zhí)行LED1_ON，由于LED1_ON是個用#define定義的宏定義，由c語言基礎(chǔ)知識之#define宏定義篇，我們知道，LED1_ON就是LPC_GPIO1-》DATA &= ~（1《《0），如此繼續(xù)執(zhí)行下去。

　　2、讀懂程序需要c語言基礎(chǔ)知識，當(dāng)然，也可以邊看程序，邊學(xué)習(xí)c語言基礎(chǔ)知識。

　　3、讀懂程序需要會看單片機(jī)的寄存器定義，在程序中，大都是在給單片機(jī)的寄存器進(jìn)行配置或是獲取單片機(jī)寄存器的數(shù)據(jù)?？茨姆N單片機(jī)程序，就要學(xué)會看哪種單片機(jī)的寄存器定義。知道了寄存器的定義，就知道如何配置寄存器或是獲取的寄存器數(shù)據(jù)代表的意義了。

　　例如我們要看LPC1114的程序，那么LPC1114的用戶手冊是必須要打開的。例如LPC_SYSCON-》SYSAHBCLKCTRL |= （1《《16）;這條語句，就是在給SYSCON模塊中的SYSAHBCLKCTRL寄存器進(jìn)行配置，所以我們要找到這個寄存器的定義。首先，打開用戶手冊，找到SYSCON這一章，然后找到寄存器描述這一節(jié)，就可以找到這個寄存器的定義了。至于（|=（1《《16））這些，都是寫基本的邏輯運(yùn)算，也是些c語言的基礎(chǔ)知識而已。例如（|=（1《《16）） 這個就是把1左移16個位，然后把左移后的數(shù)據(jù)與SYSAHBCLKCTRL寄存器進(jìn)行或運(yùn)算，運(yùn)算后的結(jié)果再放入

　　SYSAHBCLKCTRL寄存器當(dāng)中。1左移16個位，就是bit16為1，其它位為0。與寄存器SYSAHBCLKCTRL進(jìn)行或運(yùn)算，我們不管這個寄存器原來的值是多少，我們現(xiàn)在只知道，1或任何數(shù)，都等于1；0或任何數(shù)，都等于任何數(shù)。所以，1左移16位后，再與寄存器進(jìn)行或運(yùn)算，實(shí)際上是把寄存器的bit16置1，剩下的位原來是多少，還是多少。（常有人問我，怎么判斷自己適不適合學(xué)單片機(jī)，現(xiàn)在我告訴你，你能把這些“或”“與”“非”“進(jìn)制轉(zhuǎn)換”搞清楚，就可以，如果這些搞不清楚，就不要學(xué)了，同學(xué)，單片機(jī)不適合你）。