單片機及嵌入式系統(tǒng)幾分鐘讓你了解透徹
時間：2018-07-18 來源：未知
現(xiàn)在是技術(shù)橫飛的時代，尤其是嵌入式發(fā)展很快，不止這個當然也還有單片機，有很多剛開始接觸嵌入式和單片機的人，他們都會這樣問我，這兩者有什么區(qū)別嗎，有些學者們在問到這個問題的時候，一般的回答都會是兩者沒什么區(qū)別吧，因為對于單片機及嵌入式系統(tǒng)來說，沒有什么標準的定義來區(qū)別他們，可以說每個人的想法都不一樣，對這兩個的理解也不一樣，那我這個小牛就來談談我對單片機及嵌入式系統(tǒng)的理解，讓你可以透徹的來了解。
對于單片機和嵌入式系統(tǒng)來說，我們要想知道他們之間的區(qū)別，或者其他的，那剛開始就需要了解這兩個，首先單片機：首先明確概念，什么是單片機，單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，廣泛應用在工業(yè)控制領(lǐng)域。
就像現(xiàn)在我們都在使用的51單片機外觀只是一塊一個拇指大小的長方體芯片，共40個引腳，里面包含了邏輯運算單元。實際上也就是一個CPU。
總結(jié)，單片機就是完成運算、邏輯控制、通信等功能的單一模塊。也就是單片機真的姓“單”。DSP芯片也可以認為是一個單片機。當然它們性能很強大，但是功能依然很單一，總之就是處理數(shù)據(jù)、邏輯。
那接下來就是嵌入式系統(tǒng)了，一般說嵌入式都是指嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)是將應用程序、操作系統(tǒng)、和計算機硬件在一起的系統(tǒng)，是指以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，軟硬件可裁剪，其針對的用戶應用對功能、可靠性、成本、體積、功耗和使用環(huán)境有特殊要求的專用計算機系統(tǒng)。IEEE(Instituteof Electrical and ElectronicsEngineers，美國電氣和電子工程師協(xié)會)對嵌入式系統(tǒng)的定義：“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設備的裝置”。
也就是說嵌入式系統(tǒng)是軟硬件結(jié)合體，國內(nèi)普遍認同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。
對于嵌入式系統(tǒng)來說，分為嵌入式硬件和軟件
硬件層：
硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用設備接口和I/O接口(A/D、D/A、I/O等)。在一片嵌入式處理器基礎上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構(gòu)成了一個嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應用程序都可以固化在ROM中。
其中核心就是微處理器，嵌入式處理器和一般的電腦cpu還有區(qū)別，嵌入式微處理器大多工作在特定設計的系統(tǒng)中，比如TI或者Atmel公司都有很多定位不同的處理器，atmel的SAM系列是專門為物聯(lián)網(wǎng)設計的，AVR則由于性能十分突出，廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域。
嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數(shù)據(jù)總線寬度，或集成了不同的外設和接口。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過1000多種，體系結(jié)構(gòu)有30多個系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但與全球PC市場不同的是，沒有一種嵌入式微處理器可以主導市場，僅以32位的產(chǎn)品而言，就有100種以上的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器的選擇是根據(jù)具體的應用而決定的。
比如arm公司有各種各樣的處理器架構(gòu)，最經(jīng)典的cortex系列，它屬于ARMv7架構(gòu)，這是到2010年為止ARM公司最新的指令集架構(gòu)。ARMv7架構(gòu)定義了三大分工明確的系列：“A”系列面向尖端的基于虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)和用戶應用;“R”系列針對實時系統(tǒng);“M”系列對微控制器。下圖就是cortex系列的不同定位。
在嵌入式領(lǐng)域，可以說arm架構(gòu)的處理器占據(jù)了半壁江山，而arm公司也成為著名的科技公司，而它卻沒有生產(chǎn)任何處理器，而只是提供了IP，可以看出一流公司做標準。而其他用的比較多的架構(gòu)就是sparc、powerpc等。
嵌入式系統(tǒng)和外界交互需要一定形式的通用設備接口，如A/D、D/A、I/O等，外設通過和片外其他設備的或傳感器的連接來實現(xiàn)微處理器的輸入/輸出功能。每個外設通常都只有單一的功能，它可以在芯片外也可以內(nèi)置芯片中。外設的種類很多，可從一個簡單的串行通信設備到非常復雜的802.11無線設備。
嵌入式系統(tǒng)中常用的通用設備接口有A/D(模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口)、D/A(數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口)，I/O接口有RS-232接口(串行通信接口)、Ethernet(以太網(wǎng)接口)、USB(通用串行總線接口)、音頻接口、VGA視頻輸出接口、I2C(現(xiàn)場總線)、SPI(串行外圍設備接口)和IrDA(紅外線接口)等。這一點其實和單片機類似。
軟件層：
也就是操作系統(tǒng)了，包括內(nèi)核和文件系統(tǒng)，還有就是更為頂層的應用程序，嵌入式操作系統(tǒng)一般都是Linux或者其他類Unix，還有一些實時操作系統(tǒng)(RTOS)比如VxWorks、RTEMS、ucOS等。
其中Linux還包括不同的distribution，比如Ubuntu、Redhat、Debian、centos等，他們都是采用Linux的內(nèi)核，不同的是上面的software和tools，當然不用太過于擔心標準問題，這些Linux發(fā)行版選擇的軟件幾乎都是比較通用的，比如網(wǎng)頁服務器的Apache、電子郵件服務器的postfix、sendmail、文件服務器的Samba等。此外還有Linuxstandard base等標準來規(guī)范開發(fā)者。
類Unix主要是FreeBSD以及Solaris等。
嵌入式領(lǐng)域最常用的還是一些實時操作系統(tǒng)，實時操作系統(tǒng)的核心就是實時性，本質(zhì)就是任務處理所華為時間的可預測性，即任務需要在規(guī)定內(nèi)時限內(nèi)完成。IEEE對實時系統(tǒng)的定義是“那些正確性不僅取決于計算的邏輯結(jié)果也取決于產(chǎn)生結(jié)果所花費時間的系統(tǒng)”。實時操作系統(tǒng)有硬實時和軟實時之分，硬實時要求在規(guī)定的時間內(nèi)必須完成操作，這是在操作系統(tǒng)設計時保證的;軟實時則只要按照任務的優(yōu)先級，盡可能快地完成操作即可。我們通常使用的操作系統(tǒng)在經(jīng)過一定改變之后就可以變成實時操作系統(tǒng)。
單片機及嵌入式系統(tǒng)區(qū)別就在于：單片機的處理能力較低，主頻大多在幾十M上下，和嵌入式動輒上百上千M的處理速度還是相差較多，此外單片機并不具有圖形界面的處理能力，也就是GPU的缺乏導致單片機幾乎不可能帶動圖形界面;單片機的存儲空間和嵌入式處理器也不是一個等級的，單片機通常片內(nèi)存儲只有幾k大小，而由于外設的限制也不太可能大范圍增加外設emmc，而嵌入式處理器通常有幾百兆的RAM，如此巨大的差別導致單片機幾乎不可能像嵌入式處理器那樣運行操作系統(tǒng)，甚至連TCP/IP協(xié)議棧和USB協(xié)議棧都跑不起來，一些高端的單片機比如ST公司的STM32系列，可能可以跑一些輕量級的系統(tǒng)os和嵌入式網(wǎng)絡協(xié)議棧，比如IwIP協(xié)議棧。嵌入式處理器豐富強大的性能決定它能完成更多單片機不能完成的應用，比如網(wǎng)絡通信功能，視頻傳輸處理功能等，而當外設存儲增加后，嵌入式處理器能夠輕松運行各種Linux系統(tǒng)，以及圖形GUI界面。
在開發(fā)方式上單片機和嵌入式也有較大差別，也就是編譯過程的區(qū)別，單片機主要在Windows等圖形界面下開發(fā)，目前有很多成熟的IDE工具比如keil、IAR、以及ti的CCS等，這些工具集編譯、匯編、鏈接、仿真為一體，并且由于在Windows下開發(fā)，具有友好的用戶界面，開發(fā)者只需編寫c代碼，然后點擊編譯鏈接按鍵即可，出現(xiàn)錯誤還可以debug或者仿真，上手還是非�？斓摹６度胧介_發(fā)一般是在Linux下進行的，要將c代碼在自己主機上編譯完成，然后通過系統(tǒng)鏡像或者uboot引導將編譯好的文件燒入開發(fā)板，由于主機的處理器的x86架構(gòu)，而編寫的代碼是為了運行在arm架構(gòu)或sparc架構(gòu)的處理器上，因此存在一個交叉編譯鏈的安裝，此外，Linux下沒有Windows那樣的IDE，也就是編譯，鏈接源代碼都需要開發(fā)者自己完成，一般都是利用GNUmake腳本編寫Makefile以及configure文件來完成，Makefile文件中編寫如何對c或者h文件編譯，也就是編譯規(guī)則以及依賴文件是什么。這些都需要開發(fā)者自己完成。并且以上過程都是在Linux下的終端也就是命令行中完成，這也給嵌入式開發(fā)增加了難度。
其實單片機也是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一部分，嵌入式開發(fā)的起步是單片機，只要你在學習中，單片機學的好了，那么你就可以接下來的嵌入式arm的開發(fā)學習了，如果你能熟練掌握單片機，那么學嵌入式arm就不是事兒，因為芯片操作差不多，都是對數(shù)據(jù)、地址、控制總線的操作他們都應用于工業(yè)，他們也是包含關(guān)系，單片機開發(fā)就是簡單的嵌入式開發(fā)。
現(xiàn)在你對單片機及嵌入式是不是了解透徹了呢，如果你才剛開始接觸嵌入式及單片機的話，建議你可以先學單片機，然后再去學嵌入式arm開發(fā)哦。
