怎么读取单片机程序_单片机程序是如何执行的_如何读懂单片机程序

陈RQING 2018-02-02 75863

电子常识

2647人已加入

描述

　　怎么读取单片机程序_单片机程序是如何执行的

　　单片机又叫芯片，里面是有程序的。芯片里面的程序都是经过加密的，一般是读不出来的。但是可以破解出来，有加密自然就有解密。如果你想解密你手里的单片机，只需要在百度里输入“芯片解密”就可以找到专门破解芯片的公司了。

　　接下来我们了解一下单片机的程序是如何执行的：

　　单片机的运行需要执行程序，同时硬件也是必不可少的，二者缺一不可。大家都知道单片机的运行需要执行写好的程序，但是单片机的指令数据都被写在了哪里？在哪读取指令？单片机达人给你解答技术难题。

　　让我们从最开始的环节讲起。在单片机上电的瞬间，MCU的程序指针PC会被初始化为上电复位时的地址，从哪个地址处读取将要执行的指令，由此程序在MCU上开始执行（当然在调用程序的main之前，还有一系列其他的的初始化要做，如堆栈的初始化，不过这些很少回去修改）。PC在上电时，和MCU差不多，不过读取的是BIOS，有它完成了很多初始化操作，最后，调用系统的初始化函数，将控制权交给了操作系统，于是我们看到了Windows、Linux系统启动了。

　　如果将操作系统看作是在处理器上奔跑的一个大裸机程序（就是直接在硬件上跑的程序，因为操作系统就是直接跑在CPU上的，这样看待是可以的，不过这个裸机程序功能很多，很强大），那么操作系统的启动很像MCU程序的启动。前者有一个很大的初始化程序完成很复杂的初始化，后者有一段不长的汇编代码完成一些简单的初始化。这一点看，它们在流程上是很相似的。

　　如果是系统上的程序启动呢？它们是由系统来决定的。Linux上在shell下输入。/p后，首先检查是否是一个内建的shell命令；如果不是，则shell假设它是一个可执行文件（Linux上一般是elf格式），然后调用一些相关的函数，将在硬盘上的p文件的内容拷贝到内存（DDR RAM）中，并建立一个它的运行环境（当然这里边还有内存映射，虚拟内存，连接与加载，等一些其他东西），准备执行。

　　由以上可知，单片机上的程序和平时在系统上运行的程序相比，在启动时差异是很大的（如果将程序调用main以前的动作，都抽象为初始化的话，程序的启动可以简化为：建立运行环境+调用main函数，这样程序的执行差异是不大的）。因为单片机上跑的程序（裸机程序），是和操作系统一样跑在硬件上的，它们属于一个层次的。过去之所以没有区分出单片机上的程序和PC机上的程序的一些差异，就是没有弄明白这一点。

　　由此，以前的一些疑惑也就解开了。为什么在单片机上的程序不怎么使用malloc，而PC上经常使用？因为单片机上没有已经写好的内存管理算法代码，而在PC上操作系统里运行的程序，libc已经把这些都做了，只需要调用就可以了。如果在单片机上想用动态内存，也可以，但是这些代码要自己去实现，并定义一个相应的malloc，有时候一些公司会提供一些库函数可能会实现malloc，但是因为单片机上RAM内存十分有限，如果不知道它的运行方式，估计会很危险。同样，因为在PC的系统上运行的程序与逻机程序的不同，裸机程序不会有动态链接，有的只是静态链接。

　　关于程序在执行时，从哪里读取指令，哪里读取数据，也曾因为没有弄清楚系统上的程序和裸机程序之间的区别，而疑惑了很久。虽然在《微型计算机原理》课上知道程序运行时，从内存中读取指令和数据进行执行和回写。但是单片机上只有几K的RAM，而flash一般有几十K甚至1M，这个时候指令和数据都在内存中吗（这里指的内存仅指RAM，因为PC上我们常说的内存就是DDR RAM memory，先入为主以至于认为单片机上也是这样，还没有明白其实RAM和Flash都是内存）？

　　这不可能，因为课上老师只说内存，但是PC上内存一般就是DDR RAM，不会是硬盘，硬盘是保存数据的地方；由此类比时，容易把自己弄糊涂，单片机的RAM对应于DDR RAM，那Flash是不是就对应于硬盘了呢？在CSAPP上明白了，PC上之所以都在DDR RAM上，是速度的因素。硬盘的速度太慢，即使是即将到来的SSD比起DDRRAM，还是差着几个数量级，所以拷贝到DDRRAM中。这时，一个程序的代码和数据是连续存放的，其中代码段是只读区域，数据段是可读写区域（这是由操作系统的内存管理机制决定的）。

　　运行时，再将它们拷贝到速度更快的SRAM中，以得到更快的执行速度。而对于，单片机而言工作频率也就几M或者几十M，从Flash中与从RAM中读的差异可能并不明显，不会成为程序执行的瓶颈（而对于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，于是再提高工作频率也提高不了程序的执行速度，所以现在CPU工作频率最快是在2003左右。一个瓶颈出现了。为了提高CPU的使用率，换个角度想一下，既然不能减少一段程序的执行时间，就在同样的时间执行更多的程序，一个核执行一段程序，两个核就可以执行两段程序，于是多核CPU成为了现在的主流）。

　　所以裸机程序指令就在Flash（Flash memory）中存放，而数据就放在了RAM中（flash的写入次数有限制，同时它的速度和RAM还是差很多）。更广泛说，在单片机上RAM存放data段、bss段、堆栈段；ROM（EPROM、EEPROM、Flash等非易失性存储设备）存放代码，只读数据段。本质上说，这和PC上程序都在RAM中存放是一样的，PC 上是操作系统规定了可读与可写，而单片机上是依靠不同的存储设备区分了可读与可写。当然现在的Flash是可读写的，如果Flash没有写入次数限制，速度又可以和RAM相差不多，单片机上是不是只要Flash就可以了呢（直接相当于PC上的DDRRAM）？这样成本也会比一个RAM，一个Flash低，更节省成本，对于生产商更划算。

　　对于单片机的程序执行时指令和数据的存放与读取，理解如下：

　　对单片机编程后，程序的代码段、data段、bss段、rodata段等都存放在Flash中。当单片机上电后，初始化汇编代码将data段、bss段、复制到RAM中，并建立好堆栈，开始调用程序的main函数。以后，便有了程序存储器，和数据存储器之分，运行时从Flash（即指令存储器，代码存储器）中读取指令，从RAM中读取与写入数据。RAM存在的意义就在于速度更快。

　　无论是单片机也好，PC也罢，存在的存储器金字塔都是一致的，速度的因素，成本的限制导致了一级级更快的存储器的更快速度与更高的成本。应该说，对于它们的理解，就是存储器金字塔的理解。

　　如何读懂单片机程序

　　1、单片机程序执行流程

　　这是我们首先必须要知道的，单片机程序一般就有两种，一种是汇编程序，一种是c语言程序。这里我们讲c语言程序。

　　单片机程序都有一个包含主函数的文件，包含主函数的文件都有一个统一的结构，如下所示：

　　重点：单片机一上电，从主函数main的第一条语句开始执行，是一条语句接着一条语句从上而下执行，直到进入while后，再从while的第一条语句执行到最后一条语句，由于是死循环，会再从while的第一条语句执行到最后一条语句，如此反复执行，永不停止！直到断电！

　　这些语句当中，有些是函数的调用，遇到函数的调用，进入到函数，再从函数的第一条语句执行到最后一条语句，然后跳出函数，再从刚才主函数中那条函数的下一条语句开始执行。如果实在搞不明白函数是怎么一回事，你可以用函数里面的所有语句代替函数在主函数中的位置。例如：

　　上面这个例子中，单片机一上电，会执行主函数的第一条语句，也就是led_init（），这个是一个函数的调用语句，程序会从led_init函数中的第一条语句开始执行，直到执行完最后一条语句后，回到主函数，进入while，从while的第一条语句delay（）开始执行，delay（）又是一个函数，程序会从delay（）的第一条语句开始执行，delay（）函数中有两个for循环，执行完for循环后，就跳出delay（）函数，执行LED1_ON，由于LED1_ON是个用#define定义的宏定义，由c语言基础知识之#define宏定义篇，我们知道，LED1_ON就是LPC_GPIO1-》DATA &= ~（1《《0），如此继续执行下去。

　　2、读懂程序需要c语言基础知识，当然，也可以边看程序，边学习c语言基础知识。

　　3、读懂程序需要会看单片机的寄存器定义，在程序中，大都是在给单片机的寄存器进行配置或是获取单片机寄存器的数据。看哪种单片机程序，就要学会看哪种单片机的寄存器定义。知道了寄存器的定义，就知道如何配置寄存器或是获取的寄存器数据代表的意义了。

　　例如我们要看LPC1114的程序，那么LPC1114的用户手册是必须要打开的。例如LPC_SYSCON-》SYSAHBCLKCTRL |= （1《《16）;这条语句，就是在给SYSCON模块中的SYSAHBCLKCTRL寄存器进行配置，所以我们要找到这个寄存器的定义。首先，打开用户手册，找到SYSCON这一章，然后找到寄存器描述这一节，就可以找到这个寄存器的定义了。至于（|=（1《《16））这些，都是写基本的逻辑运算，也是些c语言的基础知识而已。例如（|=（1《《16））这个就是把1左移16个位，然后把左移后的数据与SYSAHBCLKCTRL寄存器进行或运算，运算后的结果再放入

　　SYSAHBCLKCTRL寄存器当中。1左移16个位，就是bit16为1，其它位为0。与寄存器SYSAHBCLKCTRL进行或运算，我们不管这个寄存器原来的值是多少，我们现在只知道，1或任何数，都等于1；0或任何数，都等于任何数。所以，1左移16位后，再与寄存器进行或运算，实际上是把寄存器的bit16置1，剩下的位原来是多少，还是多少。（常有人问我，怎么判断自己适不适合学单片机，现在我告诉你，你能把这些“或”“与”“非”“进制转换”搞清楚，就可以，如果这些搞不清楚，就不要学了，同学，单片机不适合你）。

打开APP阅读更多精彩内容