一个的51、STM32，究竟是什么？（上）

从事信息技术相关工作的人一定听说过嵌入式和单片机。

众所周知，这两个术语与硬件系统有着非常密切的关系。

但是，如果要问什么是嵌入式，什么是单片机，它们之间有什么区别，相信大部分人都无法解释清楚。

今天小枣君就给大家科普一下，揭晓以上问题的答案。

同时我也顺便解释一下硬件开发转嵌入式开发难吗，我们常说的51、STM32是什么。

▉ 嵌入什么

首先，让我们看一下嵌入的内容。

Embedded，一般是指嵌入式系统，英文叫：embedded system。嵌入式开发实际上就是嵌入式系统的开发。

IEEE（电气和电子工程师协会）将嵌入式系统定义为：“用于控制、监视或协助机器和设备操作的设备。”

国内的学术定义更具体，也更容易理解：

嵌入式系统以应用为中心，基于计算机技术，软硬件可定制，适用于对功能、可靠性、成本、尺寸、功耗等有严格要求的特殊计算机系统。

以应用为中心，表明嵌入式系统具有明确的实用目的。基于计算机技术，意味着它实际上是一种特殊的计算机。软件和硬件都可以定制，说明它具有很强的灵活性和可定制性。

专用计算机系统，“专用”对应“通用”。我们常用的个人PC、笔记本电脑、数据中心服务器可以用于多种用途，是一种“通用计算机系统”。

嵌入式系统用于哪些“特殊用途”方向？

一个例子如下：

嵌入式系统的应用领域

在这些领域中，使用嵌入式系统。这只是冰山一角。

可以说，嵌入式系统完全包围着我们，无时无刻不在影响着我们的工作和生活。

嵌入式系统，既然是计算机系统，必然离不开硬件和软件。

嵌入式系统的典型架构如下：

注意最重要的是嵌入式操作系统和嵌入式微处理器。

从硬件上看，嵌入式系统是以处理器（CPU）为核心，通过总线（Bus）连接的多模块系统：

与个人 PC 相同

下图是一个嵌入式系统的物理示例：

中间左上角，S3C2440，是CPU，中间是RAM，然后是ROM、网卡、串口、电源等。可见，嵌入式系统麻雀虽小，五脏俱全。

▉ 什么是“MCU”？

嵌入式系统的核心是嵌入式处理器。嵌入式处理器一般分为以下几种典型类型：

MCU集成了ROM/RAM、总线逻辑、定时器/计数器、看门狗、I/O、串口、A/D、D/A、FLASH等，典型代表有8051、8096、C8051F等。

DSP处理器专门用于信号处理硬件开发转嵌入式开发难吗，系统结构和指令算法经过专门设计。广泛应用于数字滤波、FFT、频谱分析。典型代表是TI（德州仪器）的TMS320C2000/C5000系列。

MPU是从具有高性能和丰富的外围组件接口的通用处理器演变而来的。典型代表有AM186/88、386EX、SC-400、PowerPC、MIPS、ARM系列等。

此外，还有嵌入式片上系统SoC（System on Chip）和可编程片上系统SoPC（System on a Programmable Chip）。

我们的单片机属于上面提到的第一种类型——MCU（嵌入式微控制器）。

让我们详细描述一下。

单片机，又称单片机，英文称为Single-Chip Microcomputer。

它实际上是一种集成电路芯片。它采用超大规模集成电路技术，将CPU、RAM、ROM、I/O和中断系统、定时器/计数器等功能放入一块硅芯片中，变成一台超小型计算机。

那么，单片机不就是嵌入式系统吗？别着急，我们往下看。

“微控制器”其实是一个古老的名字。过去，半导体制程技术不成熟，不同的功能无法集成在一个芯片上，所以会有多个芯片。现在半导体技术已经很发达了，所以还没有多片机。不过，“MCU”的名称一直延续到今天。

很多高校老师喜欢强调单片姓是“单”。单片机除了单片机指硅片外，还指单功能单片机。它是一个完成操作、逻辑控制、通讯等功能的单一模块。再强大，功能依旧是单一的。

单芯片技术诞生于 1970 年代后期。早期是4位，后来发展成8位、16位、32位。它确实在 8 位时代兴起。8位单片机功能强大，广泛应用于工控、仪器仪表、家电、汽车等领域。

我们在研究微控制器的时候，经常会听到两个词——51微控制器，STM32。让我解释一下它们是什么。

51单片机，其实就是一系列单片机的统称。该系列单片机兼容Intel 8031指令系统。他们的祖先是英特尔的 8004 微控制器。

请注意，这 51 款 MCU 并不都是英特尔产品。包括ATMEL（爱德美）、飞利浦（Philips）、华邦、达拉斯（Dallas）、西门子（Siemens）、STC（国产宏晶）等公司，也有不少产品属于51MCU系列。

ATMEL 的 51 微控制器，AT89C51

这是51单片机开发板，中间的芯片是51单片机

长期以来，51单片机一直是市场上最主流、应用最广泛的单片机，​​占有很大的市场份额。

51单片机其实目前没有技术优势，是很老的技术了。之所以生命力顽强，除了人气之外，还在于英特尔彻底开放了51核的版权。

因此，无论任何单位或个人，都可以毫无顾忌地使用51单片机，无需付费，无需担心版权风险。

此外，51单片机具有扎实的库存基础和群众基础。很多老项目使用51单片机。出于成本考虑，有时只能继续使用51单片机技术进行升级。而且很多老一辈的工程师都精通51单片机开发技术。因此，51单片机的生命力得以延续。

我们再来看看STM32。

STM32是意法半导体推出的基于ARM Cortex-M内核的通用微控制器。

STM32微控制器

意法半导体是全球最大的半导体公司之一。1987年6月由意大利SGS微电子与法国汤姆森半导体合并成立。1998年5月，SGS-THOMSON Microelectronics公司更名为STMicroelectronics Limited。

意法半导体LOGO

ARM公司小早君之前给大家介绍过。它是目前世界上最强大的芯片设计公司之一。它利用手机芯片的快速发展而崛起，并占据了物联网市场的巨大份额。

在微控制器领域，ARM的Cortex-M内核具有压倒性优势，已成为绝对主流。许多半导体公司已经放弃了原有的架构，转而使用基于 ARM 的微控制器。

STM32单片机开发板

STM32的硬件配置可以满足大部分物联网的开发需求。开发工具及相关文档齐全，成为单片机学习的首选。

▉ 嵌入式和单片机的区别

说了这么多，我们来看看嵌入式和微控制器有什么区别。

从前面的介绍来看，嵌入式系统是一个大类，单片机是重要的子类之一。嵌入式系统就像一台完整的计算机，而微控制器更像是一台没有外围设备的计算机。

以往单片机不包含很多东西，两者的硬件差异比较明显。然而，随着半导体技术的飞速发展，现在可以将各种硬件功能集成到单片机中。因此，嵌入式系统与单片机的硬件区别越来越小，分界线也越来越模糊。

因此，人们倾向于在软件上进行区分。

从软件上看，业界往往芯片中没有MMU（内存管理单元，内存管理单元），因此不支持虚拟地址，只能跑裸奔或者跑RTOS（实时操作系统，如ucos、Huawei LiteOS、RT-Thread、freertos等）系统，称为微控制器（如STM32、NXP LPC系列、NXP imxRT1052系列等）。

同时，芯片内置的MMU可以支持虚拟地址，能够运行Linux、Vxworks、WinCE、Android等“高级”操作系统的系统称为嵌入式。

在某些时候，微控制器本身足够强大，可以用作嵌入式系统。它的成本较低，开发和维护的难度相对较小，特别是对于一些更有针对性的应用。嵌入式系统理论上性能更强，应用更广泛，但复杂度高，开发难度大。

▉ 嵌入式和单片机的学习价值

最后说一下嵌入式和单片机的学习价值。有必要学嵌入式和单片机吗？

近年来，有一种说法广为流传，那就是——“软件为王”。人们普遍认为，软件知识的价值远大于硬件，学习软件和从事软件方向的工作会更容易找到工作，找到一份薪水更高、更有前途的工作。

嵌入式和单片机往往被归类为“硬件”，被人们“反感”。另外，嵌入式和单片机学习难度大，学习周期很长，需要很长的“折磨”，所以越来越多的人放弃了这条路。

小枣君认为这个想法是错误的。

首先，嵌入式和微控制器并不是纯粹的“硬件”类别。正如我之前所说，它们是软件和硬件的紧密结合。

如果要学习嵌入式和单片机，仅仅了解数字电路、微机接口等硬件知识是不够的。你需要学习的是汇编、C/C++语言、数据结构和算法知识。

拥有将软件和硬件结合起来的能力，远比简单地掌握某种编程语言更有价值。

其次，嵌入式和单片机应用场景广泛，各领域都有项目需求和人才需求。

据权威部门统计，目前我国每年短缺50万嵌入式人才。尤其是嵌入式软件开发，是未来几年最热门、最受欢迎的职业之一。10年工作经验的高级嵌入式工程师，年薪在30万-50万元左右。

而且，我国现在大力发展芯片产业，也将带动嵌入式人才的就业，提高他们的待遇。

随着5G的深入建设，全社会正朝着“万物互联”的方向发展。物联网技术也将迎来前所未有的历史机遇。嵌入式和单片机技术是物联网技术的重要组成部分，也将进入发展快车道。

因此，虽然学习过程会比较艰难，但小枣君还是建议有志青年关注这条赛道。技术难度越大，工艺难度越大，越有利于构建竞争壁垒。后期可以进一步体现个人价值。

那么关于嵌入式和单片机的内容，今天小枣君就介绍到这里。如果觉得对你有帮助，请点击右下角“好看”转发。

谢谢你们！