嵌入式系統的應用領域

上述這些領域，都使用了嵌入式系統。這還隻是冰山一角。

可以說，嵌入式系統完完全全地包圍了我們，時刻影響着我們的工作和生活。

嵌入式系統，既然是一個計算機系統，那麼肯定離不開硬件和軟件。

一個嵌入式系統的典型架構如下：

注意，最重要的就是嵌入式操作系統和嵌入式微處理器。

從硬件角度來看，嵌入式系統就是以處理器（CPU）為核心，依靠總線（Bus）進行連接的多模塊系統：

和個人PC是一樣的方式

下面這張圖，就是一個嵌入式系統的實物樣例：

中間偏左上角，S3C2440，是CPU，中間是RAM，然後還有ROM、網卡、串口、電源等等。可以看出，嵌入式系統麻雀雖小，五髒俱全。

嵌入式系統的核心，就是嵌入式處理器。嵌入式處理器一般分為以下幾種典型類型：

MCU内部集成ROM/RAM、總線邏輯、定時/計數器、看門狗、I/O、串口、A/D、D/A、FLASH等。典型代表是8051、8096、C8051F等。

DSP處理器專門用于信号處理，在系統結構和指令算法進行了特殊設計。在數字濾波、FFT、頻譜分析中廣泛應用。典型代表是TI（德州儀器）公司的TMS320C2000/C5000系列。

MPU由通用處理器演變而來，具有較高的性能，擁有豐富的外圍部件接口。典型代表是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，就屬于上述的第一種——MCU（嵌入式微控制器）。

我們來詳細介紹一下它。

單片機，又稱為單片微控制器，英文叫Single-Chip Microcomputer。

它其實就是一種集成電路芯片，是通過超大規模集成電路技術，将CPU、RAM、ROM、輸入輸出和中斷系統、定時器/計數器等功能，塞進一塊矽片上，變成一個超小型的計算機。

這麼說來，單片機不就是一個嵌入式系統？别急，我們往下看。

“單片機”其實是一種古老的叫法。以前半導體工藝技術不成熟，不同的功能無法做進一個芯片（Chip），所以會有多片機。現在半導體技術早已非常發達，所以不存在多片機。但是，“單片機”的叫法卻一直延用至今。

很多高校老師喜歡強調單片機姓“單”，除了指單片機隻是一個矽片之外，更多是指單片機的功能單一，它是完成運算、邏輯控制、通信等功能的單一模塊。即便它性能再強大，功能依然是單一的。

單片機技術從上世紀70年代末誕生，早期的時候是4位，後來發展為8位，16位，32位。它真正崛起，是在8位時代。8位單片機功能很強，被廣泛應用于工業控制、儀器儀表、家電汽車等領域。

我們在研究單片機的時候，經常會聽到兩個詞——51單片機、STM32。我來介紹一下它們究竟是什麼。

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。它們的始祖，是Intel（英特爾）的8004單片機。

注意，51單片機并不全是英特爾公司的産品。包括ATMEL（艾德梅爾）、Philips（飛利浦）、華邦、Dallas（達拉斯）、Siemens（西門子）、STC（國産宏晶）等公司，也有很多産品屬于51單片機系列。

ATMEL公司的51單片機，AT89C51

這是一個51單片機的開發闆，中間那個芯片才是51單片機

51單片機曾經在很長時間裡都是市面上最主流、應用最廣泛的單片機，占據大量的市場份額。

51單片機其實放在現在毫無技術優勢，是一種很老的技術。之所以它的生命力頑強，除了它曾經很流行之外，還有一個原因，就是英特爾公司徹底開放了51内核的版權。

所以，無論任何單位或個人，都可以毫無顧忌地使用51單片機，不用付費，也不用擔心版權風險。

此外，51單片機擁有雄厚的存量基礎和群衆基礎。很多老項目都是用的51單片機，出于成本的考慮，有時候隻能繼續沿用51單片機的技術進行升級。而且，很多老一輩的工程師，都精通51單片機開發技術。所以，51單片機的生命力得以不斷延續。

再來看看STM32。

STM32，是意法半導體公司推出的基于ARM Cortex-M内核的通用型單片機。

STM32單片機

意法半導體（STMicroelectronics）是世界最大的半導體公司之一，于1987年6月成立，是由意大利的SGS微電子公司和法國Thomson半導體公司合并而成。1998年5月，SGS-THOMSON Microelectronics 将公司名稱改為意法半導體有限公司。

意法半導體LOGO

ARM公司以前小棗君給大家介紹過。它是目前全球做芯片設計最厲害的公司之一，利用手機芯片的快速發展而崛起，占有物聯網市場極大的份額。

在單片機領域，ARM的Cortex-M内核擁有壓倒性的優勢，已經成為絕對的主流。很多半導體公司都放棄了自己原先的架構，轉做ARM架構的單片機。

STM32單片機開發闆

STM32的硬件配置可以滿足大部分的物聯網開發需求，開發工具和相關的文檔資料齊全，已經成為目前單片機學習的首選對象。

說到這裡，我們來看看，嵌入式和單片機的區别到底是什麼。

從前文的介紹來看，嵌入式系統是一個大類，單片機是其中一個重要的子類。嵌入式系統像是一個完整的計算機，而單片機更像是一個沒有外設的計算機。

以前單片機包括的東西并不算多，兩者的硬件區别較為明顯。但是，随着半導體技術的突飛猛進，現在各種硬件功能都能被做進單片機之中。所以，嵌入式系統和單片機之間的硬件區别越來越小，分界線也越來越模糊。

于是，人們傾向于在軟件上進行區分。

從軟件上，行業裡經常把芯片中不帶MMU（memory management unit，内存管理單元）從而不支持虛拟地址，隻能裸奔或運行RTOS（實時操作系統，例如ucos、華為LiteOS、RT-Thread、freertos等）的system，叫做單片機（如STM32、NXP LPC系列、NXP imxRT1052系列等）。而把芯片自帶MMU可以支持虛拟地址，能夠跑Linux、Vxworks、WinCE、Android這樣的“高級”操作系統的system，叫做嵌入式。

在某些時候，單片機本身已經足夠強大，可以作為嵌入式系統使用。它的成本更低，開發和維護的難度相對較小，尤其是針對一些針對性更強的應用。而嵌入式系統理論上性能更強，應用更廣泛，但複雜度高，開發難度大。

最後我們來說一說嵌入式和單片機的學習價值，到底有沒有必要學習嵌入式和單片機。

最近這些年，有一句話被廣泛傳播，那就是——“軟件為王”。人們普遍認為軟件知識的價值遠遠大于硬件，而學習軟件，從事軟件方向，會更容易找到工作，找到更高收入、更有前途的工作。

而嵌入式和單片機，往往被歸為“硬件”方向，遭人“嫌棄”。加上嵌入式和單片機的學習難度較大，學習周期很長，需要漫長的“煎熬”，所以越來越多的人放棄這條路。

小棗君認為這種想法是不正确的。

首先，嵌入式和單片機并不是純“硬件”類方向。前面我也說了，它們是軟件和硬件的緊密結合。

如果你想學好嵌入式和單片機，隻懂數字電路和微機接口這樣的硬件知識是不夠的，你更需要學習的，是彙編、C/C 語言、數據結構和算法知識。

擁有軟硬結合的能力，遠遠比單純掌握某種程序開發語言更有價值。

其次，嵌入式和單片機擁有廣泛的應用場景，在各個領域都有項目需求和人才需求。

根據權威部門統計，目前我們國家每年的嵌入式人才缺口高達50萬。尤其是嵌入式軟件開發，是未來幾年最熱門和最受歡迎的職業之一。具有10年工作經驗的高級嵌入式工程師，年薪可以達到30-50萬元左右。

而且我們國家現在正在大力發展芯片産業，也會帶動嵌入式人才的就業，提升待遇。

随着5G的全面啟動，整個社會正在向“萬物互聯”的方向發展。物聯網技術也将迎來前所未有的曆史機遇。嵌入式和單片機技術是物聯網技術的重要組成部分，也将進入發展的快車道。

因此，盡管學習過程會比較艱辛，小棗君仍然建議有志青年關注這一賽道。技術越難，過程越苦，越有利于構建競争壁壘。到了後期，個人價值可以得到進一步的體現。

好了，關于嵌入式和單片機的内容，小棗君今天就介紹到這裡。

謝謝大家啦！

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