【學長姐帶路】嵌入式系統基礎原理,初學者到底該如何學習?
原標《【嵌入式系統基礎原理與實務課程】初學者到底該學習哪款 …》
文/阿良的嵌入式系統技術學習區
❓許多初學者或工程師朋友們常會問我,想學好嵌入式系統基礎,到底該學ARM、8051還是PIC? 該學習幾位元的CPU平台?
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首先,我建議應該先了解這個問題是在「問什麼」,什麼是ARM?
ARM是CPU,而8051和PIC是MCU,朋友們可自行想想看,CPU和MCU是一樣的東西嗎?
又,假設初學者只有呼叫過(複製貼上、頂多改參數/引數) 人家所寫好的API (例如開源社群 或者 IC Design公司的軟韌體單位 所提供的API Library函數庫)來驅動MCU作事(完成功能)的話,
🔎我們以呼叫下列函數為例子 (不針對特定平台,但看函數名稱應該很清楚這在做啥):
GPIO_Setup(Pin_number, Output);
GPIO_Output(Pin_number, High);
無論你是使用什麼CPU based的MCU/SoC晶片為核心的板子(無論CPU是ARM、8051、MIPS、AVR、PIC MCU內的CPU),上述code確實能讓MCU的GPIO Port輸出數位訊號的1(高電位),
但是,如果只是呼叫這些函數的話,有讓你接觸到CPU架構嗎? 和CPU有什麼關係? 甚至很多人可能沒思考過,到底什麼是CPU?
初學者或沒思考過這些問題的工程師朋友們,也有可能會連上述這些範例程式碼,在MCU上電開始動作時,到底是被存放在哪裡的狀態下被CPU給提取和執行,可能都不清楚 。
🧐但我們試想一個問題,如果只是呼叫函數,而從來沒了解過背後的原理基礎,那是否一位受過基本實驗訓練的國中生、高中生就能作這些了? 對於系統開發設計的基礎知識與深度是否足夠?
恐怕有許多朋友從來沒有思考過這些問題。
‼本園區的 「嵌入式系統基礎原理與實務課程」,能藉由適合初學者奠定基礎觀念的8051 MCU (架構相對簡易清晰的微電腦平台) 作為教材,讓你了解CPU到底做了些什麼? 當然每款CPU之間會有差異,但是建立基礎觀念之後,許多觀念都是通用且可延伸的。
再次重申‼ 這個課程並不是只教你8051 MCU怎麼用,也不是只教8051,
而是以8051這款 架構相對簡易清晰的微電腦平台 (且資料完整豐富)作為實作/實驗/理論觀念驗證的實驗平台,
期望學員能在學習完課程後能奠定嵌入式系統(更精確來說是電腦底層觀念,不只是嵌入式系統)基礎,包含CPU指令集/行為、記憶體存取、基礎常見周邊裝置驅動應用、基本介面電子電路(類比&數位),
希望學員將這些學習內容消化吸收後,在未來於職場工作上遇到其它微電腦晶片平台時,可以有清晰的架構觀念,能舉一反三、能藉由紮實的基礎而在未來工作之中遇到其它平台時,能有自行舉一反三、擁有自學熟悉新平台的能力。
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再延伸上述的說明內容,以subroutine call或者function call為例
👉無論是哪款CPU,基本上都會有一些必須的暫存器,例如PC (Program Counter register,程式計數器)、 SP (stack pointer register,堆疊指標)、PSW (Program Status Word register,程式狀態字組),這些暫存器的用途為何?
👉堆疊(stack)是什麼時候需要使用? 呼叫subroutine(這邊是指組合語言的副程式)或者在C語言作function call時是如何被使用? 是如何被實現? CPU在此時做了哪些事?
👉當撰寫C語言去呼叫函數、或者撰寫組合語言呼叫副程式,CPU所執行的程式流程是怎麼跳 過去執行subroutine的?
👉中斷(Interrupt)發生時,又是如何使用堆疊來完成中斷機制? CPU所執行的程式流程是怎麼跳 過去執行ISR (Interrupt Service Routine,中斷服務程式)的?
👉以8051內的CPU指令集為例,CALL指令分為ACALL和LCALL,差別在哪? 而和Stack(堆疊)相關的PUSH/POP/RET/RETI指令是在做什麼的? 實際上做了哪些相關的事?
👉CPU在執行完subroutine或者ISR(中斷服務程式)之後要如何回家(回到主流程?) 如果堆疊之中這些被存放的值被意外地改掉,會發生什麼事?
再講些題外話,
👉如果用C語言撰寫MCU程式,你知道main()函數被執行之前做了什麼事嗎?
👉如果用C語言撰寫MCU程式,例如宣告變數 unsigned char i=1; 你知道這個i變數的物理實體設備空間實際上是什麼嗎? 知道實際上這個i=1是如何被實現的嗎?
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再強調一次,如果只有經歷過呼叫現成的API的經驗,讓MCU會動就滿足,而從來沒了解過這些API背後的底層原理基礎的話,那是否一位受過最基本的實驗步驟訓練的國高中生就能做這些了? 讀到大學甚至碩、博士畢業,或者身為工程師的專業度在哪裡呢?
我想這些是很值得大家思考的事! 我認為專業領域的視野和深度,可以決定一位工程領域人員的實際專業價值。
※本文由 阿良的嵌入式系統技術學習區 授權轉載, 原文:《【嵌入式系統基礎原理與實務課程】初學者到底該學習哪款 …》
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