嵌入式開發比單片機開發難？

接下來將嵌入式分成硬體和軟體詳細說明。

硬體層：

硬體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根底上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構成了一個嵌入式核心控制模塊。其中作業系統和應用程式都能夠固化在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還有區別，嵌入式微處理器大多工作在特定設計的系統中，假如TI或者Atmel公司都有很多定位不同的處理器，Atmel的SAM系列是專門為物聯網設計的，AVR則由於性能十分突出，廣泛應用於工業領域。

嵌入式微處理器有各種不同的體系，即便在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻次和數據總線寬度，或集成了不同的外設和接口。據不完全統計，全世界嵌入式微處理器已經超過1000多種，體系構造有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能夠主導市場，僅以32位的產品而言，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依據詳細的應用而決定的。

假如arm公司有各種各樣的處理器架構，最典型的cortex系列，它屬於ARMv7架構，這是到2010年為止ARM公司最新的指令集架構。ARMv7架構定義了三大分工明確的系列：「A」系列面向尖端的基於虛擬內存的作業系統和用戶應用;「R」系列針對實時系統;「M」系列對微控制器。下圖就是cortex系列的不同定位。

在嵌入式領域，能夠說arm架構的處理器占據了半壁江山，而arm公司也成為著名的科技公司，而它卻沒有出產任何處理器，而只是提供了IP，能夠看出最好公司做規範。而其他用的比較多的架構就是sparc、powerpc等。

嵌入式系統和外界交互須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微處理器的輸寫/輸出功能。每個外設通常都獨有單一的功能，它能夠在晶片外也能夠內置晶片中。外設的品種很多，可從一個簡略的串行通信設備到非常複雜的802.11沒線設備。

嵌入式系統中常用的通用設備接口有A/D(模/數轉換接口)、D/A(數/模轉換接口)，I/O接口有RS-232接口(串行通信接口)、Ethernet(乙太網接口)、USB(通用串行總線接口)、音頻接口、VGA視頻輸出接口、I2C(現場總線)、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。

軟體層：

也就是作業系統了，包括內核和文件系統，還有就是更為頂層的應用程式，嵌入式作業系統一般都是Linux或者其他類Unix，還有一些實時操作系統(RTOS)假如VxWorks、RTEMS、ucOS等。

其中Linux還包括不同的distribution，假如Ubuntu、Redhat、Debian、centos等，他們都是采用Linux的內核，不同的是上面的software和tools，當然不用太過於擔憂規範問題，這些Linux發行版選擇的軟體簡直都是比較通用的，假如網頁效勞器的Apache、電子郵件效勞器的postfix、sendmail、文件效勞器的Samba等。此外還有Linuxstandard base等鄙訇准來規範開發者。

類Unix主要是FreeBSD以及Solaris等。

嵌入式領域最常用的還是一些實時作業系統，實時作業系統的核心就是實時性，本質就是任務處理所華為時長的可預測性，即任務須要在規定內時限內完成。IEEE對實時系統的定義是「那些正確性不僅取決於計算的邏輯結果也取決於產生結果所花費時長的系統」。實時作業系統有硬實時和軟實時之分，硬實時要求在規定的時長內必需完成操作，這是在作業系統設計時保證的;軟實時則只有依照任務的優先級，儘可能快地完成操作即可。我們通常使用的作業系統在經過一定變更之後就能夠變成實時作業系統。

那麼實時作業系統和Linux這種分時作業系統的區別列舉如下：

(1)多路性。實時信息處理系統與分時系統一樣具有多路性。系統按分時原則為多個終端用戶效勞;而對實時控制系統，其多路性則主要表此時經常對多路的現場信息進行採集以及對多個對象或多個執行機構進行控制。

(2)獨立性。實時信息處理系統與分時系統一樣具有獨立性。每個終端用戶在向分時系統提出效勞請求時，是彼此獨立的操作，互不幹擾;而在實時控制系統中信息的採集和對對象的控制，也彼此互不干擾。

(3)及時性。實時信息系統對實時性的要求與分時系統類似，都是以人所能承受的等待時長來確定;而實時控制系統的及時性，則是以控制對象所要求的初始截止時長或完成截止時長來確定的，一般為秒級、百毫秒級直至毫秒級，甚至有的要低於100微秒。

(4)交互性。實時信息處理系統具有交互性，但這裡人與系統的交互，僅限於訪問系統中某些特定的專用效勞程序。它不像分時系統那樣能向終端用戶提供數據處理效勞、資源共享等效勞。

(5)可靠性。分時系統要求系統可靠，相比之下，實時系統則要求系統高度可靠。由於任何差錯都可能帶來宏大的經濟損失甚至沒法預料的災難性後果。因此，在實時系統中，採取了多級容錯措施來保證系統的安全及數據的安全。

由於愈加可靠和及時。嵌入式實時作業系統愈加廣泛應用於工業控制、航空航天、軍工等領域，假如美國航天局NASA近幾年發射的火星探測器等都是採用的RTEMS實時作業系統。

中間層：

所謂的中間層就是軟體層和硬體層之間的接口層，其實嚴格而言也屬於軟體層。一般開發者稱之為BSP，這一層主要負責的是向下提供硬體的驅動，硬體的配置等操作，向上則向軟體開發者提供規范API，進行中間層開發的開發者通常稱為嵌入式驅動工程師。

從這裡也能夠看出來，嵌入式設計和軟硬都分不開，既要掌握底層硬體的特性以及如何驅動其工作，也要了解作業系統的相關知識，才能夠編寫相應功能的應用。

因此看一個作業系統是否支持某個晶片或者某個開發板，只有看其源碼中是否包含相應晶片或開發板的板級支持包。

以上就是本人對嵌入式系統系統的了解，接下來再來談談嵌入式系統應該跑在什麼樣的硬體上。

談起嵌入式硬體或者開發板，我想很多人第一印象就是RaspberryPi，是一塊獨有信譽卡大小的微型電腦，別看其外表「嬌小」，內「心」卻很強大，視頻、音頻等功能通通皆有，可謂是「麻雀雖小，五臟俱全」。樹莓派推出後，很多廠商爭相推出類似產品，假如香蕉派之類的。在這裡用TI的Beagleboneblack板子進行說明，Beagleboneblack板如下圖所示：

能夠看出體積大小和樹莓派類似，外設包括有USBhost和USBmini以及網卡接口，，背面還有一個sd卡槽和HDMI接口。接下來看看它的性能參數：

下表是BBB板和樹莓派的性能參數比較：

Beagleboneblack的處理器是一塊主頻到達1GHZ的Ti處理器，基於arm的cortexa8架構，RAM是512M的DDR3，存儲器大小為2GB，支持的作業系統包括Ubuntu、archLinux、Android等。外設有USBhost和一塊百兆網卡。

BBB的處理器採用的是當前嵌入式系統中最時興的ARMv7指令集。採用當今廣泛使用的指令集的處理器能夠被更多的軟體支持。例如，一些作業系統已經不支持在ARMv6指令集上運行，例如，Ubuntu在2012年4月放棄了對ARMv6指令集的支持。

ARMv7相對與ARMv6指令集的另一個優勢在於，使用ARMv7的處理器的實際性能愈增強勁。ARMv7相對與ARMv6的優勢還有很多，假如一些顯著的改進：實現了超標量架構、包含了SIMD操作指令、改進了分支預測算法從而極大的提高了某些性能。

最後總結：

以上就是一塊根本的嵌入式核心板所具有的性能參數，和上面說到的單片機的性能參數相比較，單片機的處理才能較低，主頻大多在幾十M高低，和嵌入式動輒上百上千M的處理速度還是相差較多，此外單片機並不具有圖形介面的處理才能，也就是GPU的缺少乏導致單片機簡直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，單片機通常片內存儲獨有幾k大小，而由於外設的限制也不太可能大範圍增加外設emmc，而嵌入式處理器通常有幾百兆的RAM，如此宏大的差別導致單片機簡直不可能像嵌入式處理器那樣運行作業系統，甚至連TCP/IP協議棧和USB協議棧都跑不起來，一些高端的單片機假如ST公司的STM32系列，可能能夠跑一些輕量級的系統os和嵌入式網絡協議棧，假如IwIP協議棧。嵌入式處理器豐盛強大的性能決定它能完成更多單片機不能完成的應用，假如網絡通信功能，視頻傳輸處理功能等，而當外設存儲增加後，嵌入式處理器能夠輕鬆運行各種Linux系統，以及圖形GUI介面。

在開發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別，單片機主要在Windows等圖形介面下開發，目前有很多成熟的IDE工具假如keil、IAR、以及ti的CCS等，這些工具集編譯、彙編、連結、仿真為一體，並且由於在Windows下開發，具有友好的用戶介面，開發者只需編寫c代碼，然後點擊編譯連結按鍵即可，出現錯誤還能夠debug或者仿真，上手還是非常快的。而嵌入式開發一般是在Linux下進行的，要將c代碼在自己主機上編譯完成，然後通過系統鏡像或者uboot引導將編譯好的文件燒入開發板，由於主機的處理器的x86架構，而編寫的代碼是為了運行在arm架構或sparc架構的處理器上，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，連結原始碼都須要開發者自己完成，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，也就是編譯規則以及依賴文件是什麼。這些都須要開發者自己完成。並且以上過程都是在Linux下的終端也就是命令行中完成，這也給嵌入式開發增加了難度。

51單片機和STM32單片機區別在那裡

　　大局部朋友可能都知道51單片機和stm32單片機也知道一般入門會先進修51單片機在進修stm32單片時機簡略一些，但是對於51單片機和stm32單片機的詳細區別卻不知道了，有些人覺得沒必要，但是我個人認為獨有在你搞懂了其中的差異之後對於其自身進修是有莫大的益處的。

　　下面我們就來進入今天的主題

　　單片機簡介

　　單片微型計算機簡稱單片機，簡略來說就是集CPU(運算、控制)、RAM(數據存儲-內存)、ROM(程序存儲)、輸寫輸出設備(串口、並口等)和中斷系統處於同一晶片的器件，在我們自己的個人電腦中，CPU、RAM、ROM、I/O這些都是單獨的晶片，然後這些晶片被安裝在一個主板上，這樣就構成了我們的PC主板，進而組裝成電腦，而單片機只是將這所有的集中在了一個晶片上罷了。

51單片機和STM32單片機

51單片機是對所有兼容Intel8031指令系統的單片機的統稱，這一系列的單片機的始祖是Intel的8031單片機，後來隨著flash ROM技術的開展，8031單片機取得了長足的進展成為了應用最廣泛的8bit單片機之一，他的代表型號就是ATMEL公司的AT89系列。

STM32單片機則是ST(意法半導體)公司使用arm公司的cortex-M為核心出產的32bit系列的單片機，他的內部資源(寄存器和外設功能)較8051、AVR和PIC都要多的多，根本上接近於計算機的CPU了，適用於手機、路由器等等。

DSP、AVR和PIC單片機、8051單片機之間區別

AVR和PIC都是跟8051單片機的機構不同的8位單片機，由於構造不同，所以他的彙編指令也不同，並且他們都是使用的RISC指令集，獨有幾十條指令，大局部的還都是單周期的指令，所以在相同的晶振頻次下，比8051速度要快。

DSP其實也是一種特殊的單片機，他從8bit到32bit的都有，他專門是用來計算數位訊號的，在某些計算公式上，他甚至比此時的家用計算機的最快CPU還要快，假如說一個32bit的DSP能在一個指令周期內完成一個32bit數乘以32bit數再加上一個32bit數的計算。

8051、8031、89C51和89S51關係

　　我們平常老是講8051，又有什麼8031，此時又有89C51，89s51它們之間究竟是什麼關系?

MCS51是指由美國INTEL公司出產的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產品，該系列其它單片機都是在8051的根底上進行功能的增、減、變更而來的，所以人們習慣於用8051來稱呼MCS51系列單片機，而8031是前些年在我國最時興的單片機，所以很多場合會看到8031的名稱。

INTEL公司將MCS51的核心技術授權(賣)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機，當然，功能或多或少有些變更，以滿足不同的需求，其中89C51就是這幾年在我國非常時興的單片機。至於國內用到的很多的AT系列的單片機其實就是ATMEL公司在8031內核之外添加其他功能出產了系列的單片機。

　　這裡要補充說明下，最先出現先的單片機其實是Intel公司的8031單片機，他是單片機的鼻祖，但是它自身是沒有內部程序存儲器的，之後隨著flash ROM技術的開展，出現了能夠存儲程序的8051系列單片機

彩蛋：最近有同學跟我要單片機的資料，我特意花幾個月時間，總結了我10年產品研發經驗，資料包幾乎覆蓋了C語言、單片機、模電數電、原理圖和PCB設計、單片機高級編程等等，非常適合初學者入門和進階。除此以外，再含淚分享我壓箱底的22個熱門開源項目，包含源碼+原理圖+PCB+說明文檔，不是市面上打包賣的那種課程，我認為教程多未必是好事，10年前我自學快，除了自身執行力以外，還有就是教程少。不要害羞做伸手黨，等你一個小紅點。後期我也會組建一些純技術交流的小圈子，讓大家能認識更多的大佬，有個好的圈子，你對行業的認知一定是最前沿的。