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       最後更新︰2022-09-30  瀏覽︰438次

      我們經常說51,STM32,到底是什麼?嵌入式又是什麼?

       

      首先,讓我們看看什麼是嵌入式

      嵌入式,一般指嵌入式系統,英文叫︰embedded system。嵌入式開發實際上就是嵌入式系統的開發。

       

      IEEE(電氣和電子工程師協會)對嵌入式系統的定義是︰“用于控制、監視或協助機器和設備運行的設備”。

       

      國內的學術定義更具體一些,也更容易理解。

       

      嵌入式系統,以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬件可切割,適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴格要求的特殊計算機系統。

       

      以應用為中心表明嵌入式系統具有明確的實際用途。以計算機技術為基礎,表明它實際上是一種特殊的計算機。硬件和軟件都可以切割,說明它具有很強的靈活性和可定制性。

       

      特殊計算機系統,“特殊”對應“一般”。我們經常使用個人PC、筆記本電腦、數據中心服務器,可以用于多種用途,是“通用計算機系統”。

       

      嵌入式系統的具體“專用”方向是什麼?

       

      以下是一些示例︰

      個人通信和娛樂系統︰手機、數碼相機、音樂播放器、可穿戴電子設備、PSP 游戲機

       

      家電︰數字電視、掃地機、智能家電

       

      辦公自動化︰打印機、復印機、傳真機

       

      醫療電子產品︰生化分析儀、血液分析儀、CT

       

      網絡通訊產品︰通訊類交換設備、網絡設備(交換機、路由器、網絡安全)

       

      汽車電子產品︰發動機控制、安全系統、汽車導航和娛樂系統

       

      工控產品︰工控機、交互終端(POS、ATM)、安防監控、數據采集傳輸、儀器儀表

       

      軍用和航空產品︰無人機、雷達、作戰機器人

       

      上述所有領域都使用嵌入式系統。這只是冰山一角。

       

      可以說,嵌入式系統完全包圍著我們,無時無刻不在影響著我們的工作和生活。

       

      嵌入式系統,既然是計算機系統,必然離不開硬件和軟件。

       

      嵌入式系統的典型架構如下︰從硬件上看,嵌入式系統是以處理器(CPU)為核心,依靠總線(Bus)進行連接的多模塊系統。

       

      上圖就是一個嵌入式系統板子有CPU,有RAM,有ROM、網卡、串口、電源等。可見嵌入式系統雖小,但五髒俱全。嵌入式系統的核心是嵌入式處理器。

       

      嵌入式處理器一般分為以下幾種典型類型

      嵌入式微控制器MCU(微控制單元)

       

      嵌入式DSP處理器(數字信號處理器)

       

      DSP處理器專用于信號處理,在系統結構和指令算法上進行了專門設計。它廣泛用于數字濾波、FFT 和頻譜分析。典型代表是 TI (Texas Instruments) 的 TMS320C2000/C5000 系列。

       

      嵌入式微處理器 MPU(微處理器單元)

       

      MPU由通用處理器演變而來,具有高性能和豐富的外圍組件接口。典型代表有AM186/88、386EX、SC-400、PowerPC、MIPS、ARM系列等。

       

      此外,還有嵌入式片上系統SoC(System on Chip)和可編程片上系統SoPC(System on a Programmable Chip)。我們的單片機屬于上述的第一個——MCU(嵌入式微控制器)。

       

      單片機(微控制器)Microcontroller,英文全稱為Single-Chip Microcomputer。

      它實際上是一個集成電路芯片,它是一種超大規模集成電路技術,把CPU、RAM、ROM、輸入/輸出和中斷系統、定時器/計數器等功能都塞進一個 片,變成一台微型計算機。這麼看來,單片機不就是嵌入式系統嗎?

       

      術語“單片機”實際上是一個舊名稱。由于之前半導體技術不成熟,不同的功能無法做到一個芯片(Chip)中,所以會有多片機。現在半導體技術早就很先進了,所以沒有多片機。然而,“單片機”這個名稱一直沿用至今。

       

      很多高校教師喜歡強調單片機姓“單”,除了指單片機只是一個 芯片,更多的是指單片機的功能單一,就是完成計算、邏輯控制、通信等功能的單個模塊。即使它的性能再強大,功能依然單一。

       

      單片機技術誕生于 1970 年代後期,早期是 4 位,後來發展為 8 位、16 位和 32 位。它在真正崛起是在 8 位時代。8位單片機功能非常強大,廣泛應用于工控、儀器儀表、家電、汽車等領域。

       

      我們在研究單片機的時候,經常會听到兩個詞——51單片機,STM32。下面介紹一下它們的真正含義。

       

      51單片機,其實就是一系列單片機的統稱。該系列單片機,兼容Intel 8031指令系統。它們的鼻祖,英特爾(Intel) 8004單片機。

       

      請注意,51系列單片機並非都是英特爾的產品。包括ATMEL(愛德梅爾)、飛利浦(Philips)、華邦、達拉斯(Dallas)、西門子(Siemens)、STC(國產宏芯片)等公司,也有不少產品屬于51單片機系列。

       

      長期以來,51單片機曾經是市場上最主流、應用最廣泛的單片機,佔據了很大的市場份額。

       

      不得不承認51單片機其實現在沒有技術優勢,是很老的技術了。之所以能如此堅韌,除了曾經的人氣之外,就是英特爾徹底開放了51核的版權。因此,無論任何單位或個人,都可以使用51單片機,不用擔心付費,不用擔心版權風險。

       

      此外,51單片機擁有強大的庫存基礎和大眾基礎。很多老項目都在使用51單片機,出于成本考慮,有時只能繼續沿用51單片機技術升級。而且,很多老一輩的工程師都精通51單片機開發技術。因此,51單片機的生命力得以延續。

       

      然後看STM32

      STM32,是意法半導體公司推出的基于ARM Cortex-M內核的通用微控制器。

       

      意法半導體是全球最大的半導體公司之一,于1987年6月由意大利SGS微電子和法國湯姆森半導體合並而成。

       

      ARM是目前全球最強大的芯片設計公司之一,利用手機芯片的快速發展和物聯網市場份額的巨大上升,在微控制器領域,ARM的Cortex-M內核具有壓倒性優勢,已成為絕對主流。許多半導體公司已經放棄了原來的架構,轉而使用ARM架構的微控制器。STM32的硬件配置可以滿足大多數物聯網開發需求,開發工具及相關文檔齊全,已成為當前微控制器學習的首選對象。

       

      嵌入式和微控制器的區別

      說到這,我們來看看,嵌入式和微控制器有什麼區別。

       

      從前面的介紹來看,嵌入式系統是一個大類,而微控制器(單片機)是重要的子類之一。嵌入式系統就像一台完整的計算機,而微控制器更像是一台沒有外圍設備的計算機。以往單片機包含的並不多,兩者的硬件差異比較明顯。但是,隨著半導體技術的飛速進步,現在各種硬件功能都可以做成單片機了。因此,嵌入式系統和微控制器的硬件差異越來越小,分界線越來越模糊。因此,人們傾向于在軟件中進行區分。

       

      從軟件上來說,業界往往把芯片不帶MMU(內存管理單元,memory management unit)因而不支持虛擬地址,只能運行裸機或RTOS(實時操作系統,如ucos、Huawei LiteOS、RT -Thread、freertos等)系統,稱為微控制器(如STM32、NXP LPC系列、NXP imxRT1052系列等)。

       

      同時,芯片自帶的MMU可以支持虛擬地址,可以運行Linux、Vxworks、WinCE、Android等“高級”操作系統,稱為嵌入式。

       

      在某些時候,微控制器本身足夠強大,可以用作嵌入式系統。它的開發和維護成本更低,難度也相對較小,特別是對于一些更有針對性的應用程序。另一方面,嵌入式系統在理論上更強大且應用更廣泛,但更復雜且難以開發。

       

      嵌入式和微控制器的學習價值

      最後說一下嵌入式和單片機的學習價值,到底嵌入式和單片機沒必要學。

       

      近年來,有一句話廣為流傳,那就是——“軟件為王”。人們普遍認為,軟件知識的價值遠大于硬件,而學習軟件,從事軟件方向的工作,會更容易找到工作,並且收入更高,更有前途。

       

      嵌入式和單片機,常歸為“硬件”方向,被人們“嫌棄”。另外,嵌入式和單片機學習比較困難,學習周期長,需要很長的“磨難”,所以越來越多的人放棄了這條路。

       

      我認為這個想法是不正確的。

       

      首先,嵌入式和單片機不是純粹的“硬件”類方向。正如我之前所說,它們是軟件和硬件的緊密結合。如果要學習嵌入式和單片機,只知道數字電路和微機接口這樣的硬件知識是不夠的,還需要學習更多,就是匯編、C/C++語言、數據結構和算法知識。

       

      擁有軟硬件結合的能力,遠比簡單地掌握某種程序開發語言更有價值。

       

      其次,嵌入式和微控制器應用場景廣泛,各個領域都有項目需求和人才需求。據權威機構統計,目前中國每年的嵌入式人才短缺高達50萬人。尤其是嵌入式軟件開發是未來幾年最熱門、最受歡迎的職業之一。10年經驗的高級嵌入式工程師,年薪約30萬-50萬人民幣。而隨著5G建設的深入,全社會正朝著“萬物互聯”的方向邁進。物聯網技術也將迎來前所未有的歷史機遇,嵌入式人才待遇也會水漲船高。

       

      因此,盡管學習過程會很艱難,但我仍然建議有抱負的年輕人專注于這條賽道。技術越難,過程越痛苦,越有利于建立競爭壁壘。後期可以進一步體現個人價值。

       


      轉自︰CSDN博主

      原文鏈接︰https://blog.csdn.net/m0_67034740/article/details/124103073

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