2019年 10月 15日 星期二
您的位置: 威廉希尔主页 > 单片机技术 >

到底什么是嵌入式?什么是单片机?

来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2019-10-13 13:07         

  很多人应该知道,这两个名词和硬件系统有着非常密切的关系。一听到它们,就容易让人联想到插满芯片和针脚的电板:

  但是,如果要问具体什么是嵌入式,什么是单片机,它们之间究竟有什么区别,我相信大部分人并不能解释清楚。

  今天,小枣君就给大家做一个入门科普,揭秘上述问题的答案。与此同时,我还会给大家介绍一下,我们经常听说的51、STM32,究竟是什么。

  嵌入式,一般是指嵌入式系统,英文叫作:embedded system。嵌入式开发,其实就是对嵌入式系统的开发。

  IEEE(美国电气和电子工程师协会)对嵌入式系统的定义是:“用于控制、或者辅助操作机器和设备的装置”。

  嵌入式系统,是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

  以应用为中心,说明嵌入式系统是有明确实际用途的。以计算机技术为基础,说明它其实就是一种特殊的计算机。软硬件可裁剪,说明它有很强的灵活性和可定制能力。

  专用计算机系统,“专用”所对应的,就是“通用”。我们常用的个人PC、笔记本电脑、数据中心服务器,可以用于多种用途,就是“通用计算机系统”。

  从硬件角度来看,嵌入式系统就是以处理器(CPU)为核心,依靠总线(Bus)进行连接的多模块系统:

  中间偏左上角,S3C2440,是CPU,中间是RAM,然后还有ROM、网卡、串口、电源等等。可以看出,嵌入式系统麻雀虽小,五脏俱全。

  DSP处理器专门用于信号处理,在系统结构和指令算法进行了特殊设计。在数字滤波、FFT、频谱分析中广泛应用。典型代表是TI(仪器)公司的TMS320C2000/C5000系列。

  MPU由通用处理器演变而来,具有较高的性能,拥有丰富的外围部件接口。典型代表是AM186/88、386EX、SC-400、PowerPC、MIPS、ARM系列等。

  单片机,又称为单片微控制器,英文叫Single-Chip Microcomputer。它其实就是一种集成电芯片,是通过超大规模集成电技术,将CPU、RAM、ROM、输入输出和中断系统、定时器/计数器等功能,塞进一块硅片上,变成一个超小型的计算机。这么说来,单片机不就是一个嵌入式系统?别急,我们往下看。

  “单片机”其实是一种古老的叫法。以前半导体工艺技术不成熟,不同的功能无法做进一个芯片(Chip),所以会有多片机。现在半导体技术早已非常发达,所以不存在多片机。但是,“单片机”的叫法却一直延用至今。

  很多高校老师喜欢强调单片机姓“单”,除了指单片机只是一个硅片之外,更多是指单片机的功能单一,它是完成运算、逻辑控制、通信等功能的单一模块。即便它性能再强大,功能依然是单一的。

  单片机技术从上世纪70年代末诞生,早期的时候是4位,后来发展为8位,16位,32位。它线位单片机功能很强,被广泛应用于工业控制、仪器仪表、家电汽车等领域。

  我们在研究单片机的时候,经常会听到两个词——51单片机、STM32。我来介绍一下它们究竟是什么。

  51单片机,其实就是一系列单片机的统称。该系列单片机,兼容Intel 8031指令系统。它们的始祖,是Intel(英特尔)的8004单片机。

  注意,51单片机并不全是英特尔公司的产品。包括ATMEL(艾德梅尔)、Philips(飞利浦)、华邦、Dallas(达拉斯)、Siemens(西门子)、STC(国产宏晶)等公司,也有很多产品属于51单片机系列。

  51单片机其实放在现在毫无技术优势,是一种很老的技术。之所以它的生命力顽强,除了它曾经很流行之外,还有一个原因,就是英特尔公司彻底了51内核的版权。所以,无论任何单位或个人,都可以毫无地使用51单片机,不用付费,也不用担心版权风险。

  此外,51单片机拥有雄厚的存量基础和群众基础。很多老项目都是用的51单片机,出于成本的考虑,有时候只能继续沿用51单片机的技术进行升级。而且,很多老一辈的工程师,都精通51单片机开发技术。所以,51单片机的生命力得以不断延续。

  ARM公司以前小枣君给大家介绍过。它是目前全球做芯片设计最厉害的公司之一,利用手机芯片的快速发展而崛起,占有物联网市场极大的份额。

  在单片机领域,ARM的Cortex-M内核拥有压倒性的优势,已经成为绝对的主流。很多半导体公司都放弃了自己原先的架构,转做ARM架构的单片机。

  STM32的硬件配置可以满足大部分的物联网开发需求,开发工具和相关的文档资料齐全,已经成为目前单片机学习的首选对象。

  从前文的介绍来看,嵌入式系统是一个大类,单片机是其中一个重要的子类。嵌入式系统像是一个完整的计算机,而单片机更像是一个没有外设的计算机。以前单片机包括的东西并不算多,两者的硬件区别较为明显。但是,随着半导体技术的突飞猛进,现在各种硬件功能都能被做进单片机之中。所以,嵌入式系统和单片机之间的硬件区别越来越小,分界线也越来越模糊。于是,人们倾向于在软件上进行区分。

  在某些时候,单片机本身已经足够强大,可以作为嵌入式系统使用。它的成本更低,开发和的难度相对较小,尤其是针对一些针对性更强的应用。而嵌入式系统理论上性能更强,应用更广泛,但复杂度高,开发难度大。

  最近这些年,有一句话被广泛,那就是——“软件为王”。人们普遍认为软件知识的价值远远大于硬件,而学习软件,从事软件方向,会更容易找到工作,找到更高收入、更有前途的工作。

  而嵌入式和单片机,往往被归为“硬件”方向,遭人“嫌弃”。加上嵌入式和单片机的学习难度较大,学习周期很长,需要漫长的“”,所以越来越多的人放弃这条。

  如果你想学好嵌入式和单片机,只懂数字电和微机接口这样的硬件知识是不够的,你更需要学习的,是汇编、C/C++语言、数据结构和算法知识。

  其次,嵌入式和单片机拥有广泛的应用场景,在各个领域都有项目需求和人才需求。根据权威部门统计,目前我们国家每年的嵌入式人才缺口高达50万。尤其是嵌入式软件开发,是未来几年最热门和最受欢迎的职业之一。具有10年工作经验的高级嵌入式工程师,年薪可以达到30-50万元左右。而且我们国家现在正在大力发展芯片产业,也会带动嵌入式人才的就业,提升待遇。

  随着5G的全面启动,整个社会正在向“互联”的方向发展。物联网技术也将迎来前所未有的历史机遇。嵌入式和单片机技术是物联网技术的重要组成部分,也将进入发展的快车道。

  因此,尽管学习过程会比较艰辛,小枣君仍然有志青年关注这一赛道。技术越难,过程越苦,越有利于构建竞争壁垒。到了后期,个人价值可以得到进一步的体现。

  好了,关于嵌入式和单片机的内容,小枣君今天就介绍到这里。如果觉得对你有帮助,欢迎点击右下角的“好看”,并转发。

      威廉希尔