學習嵌入式與單片機的區别?大家好,我是小棗君凡是從事計算機或電子信息相關領域工作的童鞋,一定都聽說過嵌入式和單片機吧?,下面我們就來聊聊關于學習嵌入式與單片機的區别?接下來我們就一起去了解一下吧!
學習嵌入式與單片機的區别
大家好,我是小棗君。
凡是從事計算機或電子信息相關領域工作的童鞋,一定都聽說過嵌入式和單片機吧?
很多人應該知道,這兩個名詞和硬件系統有着非常密切的關系。一聽到它們,就容易讓人聯想到插滿芯片和針腳的電路闆:
但是,如果要問具體什麼是嵌入式,什麼是單片機,它們之間究竟有什麼區别,我相信大部分人并不能解釋清楚。
今天,小棗君就給大家做一個入門科普,揭秘上述問題的答案。與此同時,我還會給大家介紹一下,我們經常聽說的51、STM32,究竟是什麼。
什麼是嵌入式首先,我們來看看什麼是嵌入式。
嵌入式,一般是指嵌入式系統,英文叫作:embedded system。嵌入式開發,其實就是對嵌入式系統的開發。
IEEE(美國電氣和電子工程師協會)對嵌入式系統的定義是:“用于控制、監視或者輔助操作機器和設備的裝置”。
國内學術界的定義更為具體一些,也更容易理解:
嵌入式系統,是以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟件硬件可裁剪,适用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。
以應用為中心,說明嵌入式系統是有明确實際用途的。以計算機技術為基礎,說明它其實就是一種特殊的計算機。軟硬件可裁剪,說明它有很強的靈活性和可定制能力。
專用計算機系統,“專用”所對應的,就是“通用”。我們常用的個人PC、筆記本電腦、數據中心服務器,可以用于多種用途,就是“通用計算機系統”。
嵌入式系統究竟具體應用于哪些“專用”方向呢?
舉例如下:
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。
什麼是單片機嵌入式系統的核心,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。
嵌入式和單片機的區别說到這裡,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。
嵌入式和單片機的學習價值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!