单片机底层思考的程序执行与封装思想
单片机底层思考的程序执行与封装思想
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笔者希望催促自己一周写一篇类似的文章，分享自己的思考.
若是对读者有益，那是极好，若是没益，权当催促自己思考进修！
这周思考的主题是，分享一下我对“单片机是如何执行程序的”以及“封装”的了解。
1、单片机如何执行程序？
我原先对计算机是如何执行程序的非常的痴迷，希望能够明白最底层的道理，我在单片机这个设备上找到了一点影子。
对单片机执行程序的了解，我读了王爽教师写的《汇编语言》这本书，然后联合自己的思考。
我认为
程序执行 =不停的写不同的寄存器。
上一篇文章写道，嵌入式软件开发最一般的操作就是控制类似P0OUT这样与实际底层相关的寄存器。写嵌入式软件代码，实际上就是写一系列操作底层寄存器的语句。
一般会将P0OUT这样的寄存器映射到某一个地址上，这个地址是实际的寄存器物理地址。
在单片机通用的.h文件会给出他的物理地址定义。
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例如，笔者使用的MSP430系列单片机，他在<>>中就定义了各个寄存器的物理地址，此类文件一般由厂家提供。
#define P1OUT_ (0x0021u) /* Port 1 Output */
DEFC( P1OUT , P1OUT_)
此段代码，定义了P11OUT关键词与0x0021u地址的联结。
那么，希望P1口输出全是高电平的C代码则为
P1OUT=0XFF;
那么汇编如何写呢？
# mov 00 ff 00 21
//把00ff数据移动到0021物理地址上
于是此时的底层硬件会将00 ff放入00 21为地址的寄存器中，此时三极管动作，切换底层硬件电路，实现需求功能。
（嵌入式开发实际理解到汇编这一层代码即可。再往下，那就是非常深奥的电路原理，即电路是如何做到把 ff移动到0021地址寄存器的，以及寄存器是如何工作的，等等这样的问题）
嵌入式软件开发还有一个最一般的操作--------数值的数学运算
那么数值的数学运算是不是也是对底层寄存器的配置呢
通过数字电路的学习，我学习到了加法器等逻辑电路，其底层的运算原理已经能和寄存器的知识联结了。
在计算机中有一个叫“算术逻辑单元”的概念
算术逻辑单元_百度百科
这个单元算是把很多算术电路整合在一起了。我们可以通过操作寄存器来使用它。
例如加法操作，a+b以及返回结果 c
定义 a的物理地址为 0x0000
b的物理地址为 0x0001
C的物理地址为 0x0002
那么
#mov a 0000 //把数据a放入 0000
#mov b 0001//把数据b放入0001
#read c 0002 //读取0002寄存器的数据放入c中，这里的read指令是我瞎写的，汇编一定有这样的指令
于是c就是加法器的结果输出,得到输出，完成了计算。
嵌入式软件开发还有一个最一般的操作--------数值比较，参考数字比较器的逻辑电路原理
对应程序中的if操作，比较a与b的大小。
例如，if(a>b)语句，或者 if(a)语句，实际都是把a和b放入数字比较器的两端，获得比较器的输出！
数字比较器
于是嵌入式软件最基础的三个操作（算术运算、硬件电路切换、数值比较
）都是对寄存器的操作。
所以我得出结论，计算机的程序执行，就是不停的写入寄存器数据，并且取出寄存器值得过程。
2、封装思想
我在理解了程序运行就是对寄存器的操作之后，紧接着我就想到，如何建立一个抽象的层面，让我不需要考虑，我这样的寄存器操作是实现怎样硬件操作，而直接达成自己的目的？
于是我想到了封装，工作两年多，持续增长的技能实际上就是封装的技巧。以后的分享中大多数就是对封装的思考。
这篇文章中仅举一个例子，来说明封装的意义。
上一篇文章中提到，跑马灯电路，当P0OUT的低四位为0时，灯会灭，当P0OUT的低四位为1时，灯会亮。
那么寄存器与实际效果的对应关系，我不想时刻记住，该如何去做呢？
于是想到使用函数封装。写下如下代码
typedef enum{
Off = 0,
On,
}led_status_t;
void open_led(led_status_t led_0 ,led_status_t led_1 ,led_status_t led_2,led_status_t led_3){
uint8_t led_p=0;
led_p |= led_0;
led_p |= led_1 << 1;
led_p |= led_2 << 2;
led_p |= led_3 << 3;
P0OUT = led_p;
}
在任意时刻，我想点亮0号和3号灯则写
open_led(On,Off,On,Off);
此时函数完全与硬件无关，完全到了抽象层，使用此函数这，根本不知道其底层电路原理。实际上当做项目的时候，就算代码是你自己写的，你往往也会忘记底层电路原理的，封装之后，就不用记这些了！
作者思考
笔者理解的嵌入式计算机工作原理，就是不停的写各种功能的寄存器。于是想写好这么多名目繁多的寄存器，一定要挨个封装起来，用更加简明的函数名来标记，这样才能抛开底层电路原理对自己的束缚，完全的放飞自己的想象。
就好比，拿着电脑写作，我不需要知道电脑的工作原理，我只需要放飞自己的想象，使用键盘输入自己想说的！