怎么讀取單片機程序_單片機程序是如何執行的

　　單片機又叫芯片，里面是有程序的。芯片里面的程序都是經過加密的，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，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的程序是如何執行的：

　　單片機的運行需要執行程序，同時硬件也是必不可少的，二者缺一不可。大家都知道單片機的運行需要執行寫好的程序，但是單片機的指令數據都被寫在了哪里？在哪讀取指令？單片機達人給你解答技術難題。

　　讓我們從最開始的環節講起。在單片機上電的瞬間，MCU的程序指針PC會被初始化為上電復位時的地址，從哪個地址處讀取將要執行的指令，由此程序在MCU上開始執行（當然在調用程序的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，調用系統的初始化函數，將控制權交給了操作系統，于是我們看到了Windows、Linux系統啟動了。

　　如果將操作系統看作是在處理器上奔跑的一個大裸機程序（就是直接在硬件上跑的程序，因為操作系統就是直接跑在CPU上的，這樣看待是可以的，不過這個裸機程序功能很多，很強大），那么操作系統的啟動很像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。這一點看，它們在流程上是很相似的。

　　如果是系統上的程序啟動呢？它們是由系統來決定的。Linux上在shell下輸入。/p后，首先檢查是否是一個內建的shell命令；如果不是，則shell假設它是一個可執行文件（Linux上一般是elf格式），然后調用一些相關的函數，將在硬盤上的p文件的內容拷貝到內存（DDR RAM）中，并建立一個它的運行環境（當然這里邊還有內存映射，虛擬內存，連接與加載，等一些其他東西），準備執行。

　　由以上可知，單片機上的程序和平時在系統上運行的程序相比，在啟動時差異是很大的（如果將程序調用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：建立運行環境+調用main函數，這樣程序的執行差異是不大的）。因為單片機上跑的程序（裸機程序），是和操作系統一樣跑在硬件上的，它們屬于一個層次的。過去之所以沒有區分出單片機上的程序和PC機上的程序的一些差異，就是沒有弄明白這一點。

　　由此，以前的一些疑惑也就解開了。為什么在單片機上的程序不怎么使用malloc，而PC上經常使用？因為單片機上沒有已經寫好的內存管理算法代碼，而在PC上操作系統里運行的程序，libc已經把這些都做了，只需要調用就可以了。如果在單片機上想用動態內存，也可以，但是這些代碼要自己去實現，并定義一個相應的malloc，有時候一些公司會提供一些庫函數可能會實現malloc，但是因為單片機上RAM內存十分有限，如果不知道它的運行方式，估計會很危險。同樣，因為在PC的系統上運行的程序與邏機程序的不同，裸機程序不會有動態鏈接，有的只是靜態鏈接。

　　關于程序在執行時，從哪里讀取指令，哪里讀取數據，也曾因為沒有弄清楚系統上的程序和裸機程序之間的區別，而疑惑了很久。雖然在《微型計算機原理》課上知道程序運行時，從內存中讀取指令和數據進行執行和回寫。但是單片機上只有幾K的RAM，而flash一般有幾十K甚至1M，這個時候指令和數據都在內存中嗎（這里指的內存僅指RAM，因為PC上我們常說的內存就是DDR RAM memory，先入為主以至于認為單片機上也是這樣，還沒有明白其實RAM和Flash都是內存）？

　　這不可能，因為課上老師只說內存，但是PC上內存一般就是DDR RAM，不會是硬盤，硬盤是保存數據的地方；由此類比時，容易把自己弄糊涂，單片機的RAM對應于DDR RAM，那Flash是不是就對應于硬盤了呢？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，還是差著幾個數量級，所以拷貝到DDRRAM中。這時，一個程序的代碼和數據是連續存放的，其中代碼段是只讀區域，數據段是可讀寫區域（這是由操作系統的內存管理機制決定的）。

　　運行時，再將它們拷貝到速度更快的SRAM中，以得到更快的執行速度。而對于，單片機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，不會成為程序執行的瓶頸（而對于PC而言，Flash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行速度，所以現在CPU工作頻率最快是在2003左右。一個瓶頸出現了。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行時間，就在同樣的時間執行更多的程序，一個核執行一段程序，兩個核就可以執行兩段程序，于是多核CPU成為了現在的主流）。

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

　　對于單片機的程序執行時指令和數據的存放與讀取，理解如下：

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

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

　　如何讀懂單片機程序

　　1、單片機程序執行流程

　　這是我們首先必須要知道的，單片機程序一般就有兩種，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。

　　單片機程序都有一個包含主函數的文件，包含主函數的文件都有一個統一的結構，如下所示：

　　重點：單片機一上電，從主函數main的第一條語句開始執行，是一條語句接著一條語句從上而下執行，直到進入while后，再從while的第一條語句執行到最后一條語句，由于是死循環，會再從while的第一條語句執行到最后一條語句，如此反復執行，永不停止！直到斷電！

　　這些語句當中，有些是函數的調用，遇到函數的調用，進入到函數，再從函數的第一條語句執行到最后一條語句，然后跳出函數，再從剛才主函數中那條函數的下一條語句開始執行。如果實在搞不明白函數是怎么一回事，你可以用函數里面的所有語句代替函數在主函數中的位置。例如：

　　上面這個例子中，單片機一上電，會執行主函數的第一條語句，也就是led_init（），這個是一個函數的調用語句，程序會從led_init函數中的第一條語句開始執行，直到執行完最后一條語句后，回到主函數，進入while，從while的第一條語句delay（）開始執行，delay（）又是一個函數，程序會從delay（）的第一條語句開始執行，delay（）函數中有兩個for循環，執行完for循環后，就跳出delay（）函數，執行LED1_ON，由于LED1_ON是個用#define定義的宏定義，由c語言基礎知識之#define宏定義篇，我們知道，LED1_ON就是LPC_GPIO1-》DATA &= ~（1《《0），如此繼續執行下去。

　　2、讀懂程序需要c語言基礎知識，當然，也可以邊看程序，邊學習c語言基礎知識。

　　3、讀懂程序需要會看單片機的寄存器定義，在程序中，大都是在給單片機的寄存器進行配置或是獲取單片機寄存器的數據。看哪種單片機程序，就要學會看哪種單片機的寄存器定義。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據代表的意義了。

　　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，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算，也是些c語言的基礎知識而已。例如（|=（1《《16）） 這個就是把1左移16個位，然后把左移后的數據與SYSAHBCLKCTRL寄存器進行或運算，運算后的結果再放入

　　SYSAHBCLKCTRL寄存器當中。1左移16個位，就是bit16為1，其它位為0。與寄存器SYSAHBCLKCTRL進行或運算，我們不管這個寄存器原來的值是多少，我們現在只知道，1或任何數，都等于1；0或任何數，都等于任何數。所以，1左移16位后，再與寄存器進行或運算，實際上是把寄存器的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單片機，現在我告訴你，你能把這些“或”“與”“非”“進制轉換”搞清楚，就可以，如果這些搞不清楚，就不要學了，同學，單片機不適合你）。