Process 如何使程序与硬件设备协同工作

我想知道一个程序如何与硬件设备一起工作。我想知道的是基础知识，而不是深奥的知识

所有编程代码都有以下内容

• 变量如int、float、short等
• 函数和函数调用
• 如if-else等语句
• 计算
• 像for循环之类的循环

我想在我们编程下载到硬件时，将数据传输到编程存储器（ROM）。当我们运行程序时，上面提到的所有东西都进入RAM，还是只进入特定区域，比如功能数据

当我们考虑8位总线时，由于总线很小，所以像8位字符那样的8位数据如何？ 什么是堆栈以及如何使用它编程

为什么

void main

功能很重要？如何识别它

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请告诉我如何使用硬件来运行程序的基本概念

正如@nos所说，解释它需要大量的书籍

代码和硬件之间缺少的是编译器。它的作用是将代码（C、C++或任何语言）翻译成汇编。汇编大致上是一组CPU或微控制器能够理解的非常低级别的指令

当程序被翻译成汇编时，它被上传到内存中。根据体系结构的不同，它可以是通用内存（冯·诺依曼）或程序内存（与哈佛体系结构的数据内存相反）

当谈到堆栈时，您还可以使用指针。指针指向（是的，一个指向堆栈“级别”的指针。例如，您有指向当前指令的“当前”指针。当前指令完成后，指针将递增，因此指向下一级。 当调用子函数并指向停止父函数的级别时，将使用另一个指针。子功能完成后，返回到停止的位置

这些指针存储在寄存器中，寄存器是芯片中的小型（快速）存储器

至于主功能，硬件在编译时不会随意识别它。对于硬件，只有一个要执行的程序（即main）和对子函数（即main中使用的函数）的调用

所以。。当你编写一些代码时，让我们用C：

int main ()
{
    int a = 0;
    printf("a = %d", a);
    return 0;
}

main的内容被翻译成汇编，是您的“正常”程序。首先，它将0放入寄存器的一个单元格中。然后它将其置于挂起状态以执行printf（它使用保存0的单元格中的值），并将其停止的位置保存在指针中。完成后，当前指针会将保存的指针的值取回并继续

关于ram中的内容：内存级别不同。硬盘或固态硬盘，速度慢但体积大，价格便宜。Ram，速度更快，但更方便，体积更小。缓存，内置于CPU中，速度非常快，体积更小，成本更高。寄存器也是内置的，速度更快但更小。当CPU使用变量时，它进入寄存器。但是现代CPU“猜测”（也称为预取）在不久的将来可能需要什么变量（例如，您读取表的前两个单元格，它可能会在您请求之前加载第三个单元格），并将其放入缓存中。否则，它在ram中

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希望这会有所帮助，可能会有一些捷径或不准确之处，但这就是它的大致工作原理。同样，很难用几行字来概括上百页的内容。

这里有很多问题。 首先，让我们假设一个简单的情况，比如Arduino，它是软件和硬件的组合。 软件部分从编写一些简单的C++代码开始，例如：

byte ledPin = 13;
void setup(){
pinMode (ledPin, OUTPUT);
}
void loop(){
digitalWrite (ledPin, HIGH);
digitalWrite (ledPin, LOW);
}

接下来，您将编译代码。Arduino IDE（集成开发环境）做了一些事情（在后台，比如添加一个main（）调用setup（） 函数一次，循环（）函数重复，将C++转换成汇编代码，它看起来可能是这样的（不是上面的实际输出）：

这不是真实的数据。0001000可能是ROM中的起始地址，接下来的32个字符是要编程的16字节数据，最后4个字符可能是通过某种方式操纵数据创建的校验和。程序员接收数据，执行相同的操作，如果校验和正确，它会将数据烧录到内存中

十六进制代码可以通过几种方式放入ROM中-程序员可以控制芯片并直接将代码放入内存，复位后芯片将只运行代码；，或者，在复位后，引导加载程序可以从芯片上的ROM区域运行，它将通过串行线（Rx、Tx）与PC对话以接收数据，然后将数据写入另一个ROM区域。如果引导加载代码没有检测到PC试图与它对话，它将跳转到代码开始的ROM地址并从那里运行

8位微控制器可能有一些16位寄存器，它可以用于捕获ADC转换的结果，或者它可以将结果存储为两个8位字节，具有高和低数据

堆栈可能是专用硬件寄存器，也可能是SRAM的一个区域，用于保存数学运算的结果。代码负责将内容放在堆栈上并将其读回，您通常不会对其进行编程。对于'328P，有2048个字节的SRAM，因此您只需确保代码中声明的变量（如byte ledPin=13；）不太多，因为这些变量会耗尽所有内存，也不会为代码留出空间。例如，在328Ps中，这通常是由于尝试访问超出其限制的数组而导致的，因此要么返回无意义的结果，要么在写入超过数组末尾时重写其他内容而导致程序崩溃。C++的灵活性很强，但如果不小心，也会让你陷入麻烦。

; Define pull-ups and set outputs high
; Define directions for port pins
ldi r16,(1<<PB7)|(1<<PB6)|(1<<PB1)|(1<<PB0)
ldi r17,(1<<DDB3)|(1<<DDB2)|(1<<DDB1)|(1<<DDB0)
out PORTB,r16
out DDRB,r17
; Insert nop for synchronization
nop
; Read port pins
in r16,PINB

000100005673495a6b4f5e205673495a6b4f5e24465