2020年 07月 16日 星期四
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怎么读取单片机程序_单片机程序是如何执行的

来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2020-07-16 10:34         

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  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。

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  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(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+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。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,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,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。

  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。

  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)。

      威廉希尔