本连载讲解作为嵌入式系统开发技术人员所必需具备的基础知识。这些基础知识是硬件和软件技术人员都应该掌握的共通技术知识。
在“单片机入门①”和“单片机入门②”中，我们学习了单片机硬件方面的知识。本期我们将学习开发环境和编程语言吧。
CPU懂的机器语言
单片机的CPU从存储器读取程序，但是一次只能读取一条指令，然后解释每条指令，并执行。存储器中保存的内容，不管是程序还是数据，都是二进制代码“0”和“1”组成的字符串。指令二进制代码告诉CPU要做什么，而数据二进制代码则是CPU操作或处理指令时要使用的值。CPU的操作包含加、减运算等指令。这些像密码一样排列的“0”和“1”字符串就是机器语言。比如图1左边显示的就是一个机器语言指令，意思是“将2放入寄存器A（寄存器是CPU内部的储存区域）。
CPU总是按存储器地址的顺序读取指令代码，除非遇到跳跃指令。例如，如果复位后的地址是0000，则从0000开始按0001、0002、0003的顺序读取并执行指令。也可以说，一个程序就是按处理要求排列一系列的机器语言。
CPU只能理解如上所述的机器语言。因此，为了使CPU运行，就必须使用机器语言的程序。但是，机器语言不易为人们识别和读写。因此，人们用了更简单易懂的字符串来代替机器语言，这就是汇编语言。例如，在“给寄存器A赋值2”这样的处理时，如果用汇编语言来表示，就很简单，请看图1的右边部分。汇编语言中，用MOV字符串表示赋值，所以“给寄存器A赋值2”的处理就可用“MOV A,#02”表示。
图1：机器语言和 汇编语言的比较
虽然汇编语言比机器语言更加简单易懂了，但是人们读起来还是挺难理解的。而且，汇编语言还存在另一个问题，就是不同的CPU，机器语言的描述方式也不同。因此，如果更换了CPU，就必须改写与机器语言有着密不可分关系的汇编语言，工作量比较大。（以上例子中的机器语言和汇编语言均为瑞萨的RL78族单片机中的语言。）
如上所述，每更换一次CPU都必须对程序进行改编，不但造成生产性低下，还加重了编程人员的负担。
人性化的C语言
能够解决上述问题的编程语言就是C语言。C语言具有不依存于特定的CPU，又具有程序移植性高等的特点。另外，由于编程时可使用人们熟悉的英文单词，所以对编程人员来说C语言是最容易使用的编程语言。下面我们将C语言和汇编语言做一个简单地比较。（图2）
图2： 汇编语言和C语言的比较
虽然C语言不依存于CPU而且还是人们最容易使用的编程语言，但对于CPU来说，C语言却是一种完全无法理解的语言。因此，就需要一种可以将C语言翻译为机器语言的软件，这就是被称为编译器 (编译程序) 的软件。 经过编译器翻译的程序的文件格式被称为目标文件格式。如果目标文件格式最终没有被配置到存储器中，CPU就无法执行该程序。
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