写在前面：本文内涉及知识均为个人根据所学进一步理解整理所得，参考内容为学校的课件以及网络。仅为个人学习所用，不可用作学术权威参考，建议不要引用，任何错误欢迎指正，欢迎大家在评论区讨论。

啥是嵌入式编程Embeded Computing?

硬件来说：

嵌入式系统就是集成了计算机的设备

（这个设备一般是有别于电脑的东西，比如自动售货机，电梯等）

特点：

• 具有特殊用途，如自动贩卖机有贩卖用途

• 内置计算机通常较廉价、经得起折腾，而且一般比较小（手机等手持计算机的出现模糊了嵌入式计算机（以下称EMC）和一般计算机的界限）

• 内存等有限制（比起台式和笔记本而言，只有几百bytes的内存）

实际应用中，有单芯片的，多芯片的，softcore （没找着应该咋翻译。。）或者半导体知识产权核（IP-cores）【后两者为可重用芯片，就是给你一块板可以自己设计，包括ASIC (Application  specific integrated circuit) 或者FPGA (Field Programmable Gate Array)内的嵌入式计算器】

软件：

• 嵌入式编程可以让我们对软件有完全的控制

        优点就是自己安排的就不会浪费内存等资源

        缺点就是没有任何错误保护的机制，就是说当程序员犯傻的时候，程序就不运行了。

• 比起正常的编程来说，更简单但是限制更多。e.g. 甚至没办法自主完成乘法（乘法后面会大概讲到）

• 限制多体现在：实时操作 (Real time operation)、内存管理 (Memory management)

特点：

• 实时控制，当我们给出输入时，相应的输出会尽可能快地给出

• 快速反应

• 较短的预热时间

• 无人值守也可以24/7运行

• 不需要操作系统也可以运行简单的程序

• 当执行嵌入式编程时我们必须了解硬件中发生了什么

学习目标

• 单片机系统

• 微控制器构造

• 汇编语言/C语言编程

• 与电子元件的连接

• 外围设备的使用，中断以及通信的使用

• 了解其他微控制器和嵌入式设备

EMBEDDED DESIGN (嵌入式设计）

如何用电路来控制现实生活中的某样东西？

方法一：数字电子元件（Digital Electronics）+ 数字设计方法 (Digital design methods)

元件包括：布尔操作与逻辑门，数字的进制、相加、触发器逻辑门的组合(truth table)，逻辑门的串联(state diagrams/machines)，存储（闪存RAM与只读存储器ROM）

设计方法包括：卡诺图（实际不太用）、VHDL/Verilog/System C等硬件描述语言

我们需要体积更小，价格更便宜，且不需要具备特别好的并行能力（high parallelism）

方法二：可编程设备Programmable devices（计算机/微控制器）

• 通过命令instructions来代替之前的逻辑门，不同的命令会影响用于决定电流状态的变量。

• 在这些设备上还有其他与外界连接的输入与输出。

• 和FPGA需要重构内部逻辑门的连接不同，我们只改变代码，不改变设备上的晶体管。

计算机结构

要注意数据和程序代码是分开存储的

PIC基本概念介绍

Register寄存器：寄存器就是一堆D触发器的集合。通常用方块表示

（D flip-flop：可以捕获上升沿的状态然后输出）

每个寄存器都是一个存储单元，可以被读取或写入。

它和RAM的不同，就是寄存器是内置在CPU里的，而闪存在外面。也因为内置的缘故，它通过CPU计时，运行时可以立即反应。

ALU算术与逻辑单元：CPU中唯一负责计算的部分，可以接收两个输入数据（input word）和一个运算代码（operation code）然后输出计算结果。

比如两个输入是1和2，运算代码是加法，输出结果就是3。

注：ALU的输出会接到工作寄存器（Working register）上，工作寄存器再将结果作为输入回传到ALU中，ALU的一个输入一定来源于工作寄存器。理由是总线上每次只能写入一个值，当处理两个数据时，就需要将一个数据先放到W Reg上。

Working Register工作寄存器：

• W Reg总是ALU的一个数据来源。

• 因为RAM只与总线相连，所以W Reg必须充当RAM和别的寄存器间的媒介。

• ALU的另一个输入（operand）从其他地方（如programme）中来。

Pin引脚：用来连接EMC和外界的，通常不会画Vdd和Vss（因为默认电源已经连接）

Computer Buses计算机总线：一条线旁边写个数字，用来表示这是很多条线的集合，上面的数字代表传输的信号占多少存储。整个计算机共享总线，它连接的每个部分都能随时接入总线。

但是当多个输出想要写入总线时，就会造成争用（contention），这可能造成短路。

1kiB = 1024 B = 1024 bytes, 1Mib = 2^20 b = 1024*1024 bits

Tristate buffer三态缓冲器：

可以看作一个开关

address decoder地址解码器：

图中个人理解应该是

四个门分别在唯一的一种A1,A0搭配时输出1，因此当我们需要输出2^n种不同的内容时不需要四条线来传输，而只需要n条线加上2^n个逻辑门即可。

地址解码器也可以用作乘法器multiplexer（mux）。

好嘞，这是我第一周的课程学习啦，基本是一些基本概念，之后可能会有更多编程之类的内容，希望能坚持写下去！这周说不定还可以写一篇professional studies的，如果我学得快，第二周的也会提前看完更新，新学期冲冲冲！

references：最后一张图来源于我的第一周EMC课件，因为不是学术论文我就不好好写references啦。