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，這兩個名詞和硬體系統有著非常密切的關係。一聽到它們，就容易讓人聯想到插滿晶片和針腳的電路板：
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別，我相信大部分人並不能解釋清楚。
今天，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。
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：「用於控制、監視或者輔助操作機器和設備的裝置」。
國內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，軟體硬體可裁剪，適用於對功能、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確實際用途的。以計算機技術為基礎，說明它其實就是一種特殊的計算機。軟硬體可裁剪，說明它有很強的靈活性和可定製能力。
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、數據中心伺服器，可以用於多種用途，就是「通用計算機系統」。
嵌入式系統究竟具體應用於哪些「專用」方向呢？
舉例如下：
個人通信與娛樂系統：手機、數位相機、音樂播放器、可穿戴電子產品、PSP遊戲機
家電類產品：數位電視、掃地機器人、智能家電
辦公自動化：印表機，複印機、傳真機
醫療電子類產品：生化分析儀、血液分析儀、CT
網絡通信類產品：通信類交換設備、網絡設備 (交換機、路由器、網絡安全)
汽車電子類產品：引擎控制、安全系統、汽車導航與娛樂系統
工業控制類產品：工控機、交互式終端 (POS、ATM)、安全監控、數據採集與傳輸、儀器儀表
軍事及航天類產品：無人機、雷達、作戰機器人
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。這還只是冰山一角。
可以說，嵌入式系統完完全全地包圍了我們，時刻影響著我們的工作和生活。
嵌入式系統，既然是一個計算機系統，那麼肯定離不開硬體和軟體。
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作業系統和嵌入式微處理器。
從硬體角度來看，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，五臟俱全。
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內部集成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處理器專門用於信號處理，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，就屬於上述的第一種——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晶片，是通過超大規模集成電路技術，將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？別急，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晶片（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」，除了指單片機只是一個矽片之外，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，被廣泛應用於工業控制、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單片機並不全是英特爾公司的產品。包括ATMEL（艾德梅爾）、Philips（飛利浦）、華邦、Dallas（達拉斯）、Siemens（西門子）、STC（國產宏晶）等公司，也有很多產品屬於51單片機系列。
ATMEL公司的51單片機，AT89C51
這是一個51單片機的開發板，中間那個晶片才是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，佔據大量的市場份額。
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內核的版權。
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眾基礎。很多老項目都是用的51單片機，出於成本的考慮，有時候只能繼續沿用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於ARM Cortex-M內核的通用型單片機。
STM32單片機
意法半導體（STMicroelectronics）是世界最大的半導體公司之一，於1987年6月成立，是由義大利的SGS微電子公司和法國Thomson半導體公司合併而成。1998年5月，SGS-THOMSON Microelectronics 將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。它是目前全球做晶片設計最厲害的公司之一，利用手機晶片的快速發展而崛起，佔有物聯網市場極大的份額。
在單片機領域，ARM的Cortex-M內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單片機開發板
STM32的硬體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別到底是什麼。
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並不算多，兩者的硬體區別較為明顯。但是，隨著半導體技術的突飛猛進，現在各種硬體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體區別越來越小，分界線也越來越模糊。
於是，人們傾向於在軟體上進行區分。
從軟體上，行業裡經常把晶片中不帶MMU（memory management unit，內存管理單元）從而不支持虛擬地址，只能裸奔或運行RTOS（實時作業系統，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）。而把晶片自帶MMU可以支持虛擬地址，能夠跑Linux、Vxworks、WinCE、Android這樣的「高級」作業系統的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——「軟體為王」。人們普遍認為軟體知識的價值遠遠大於硬體，而學習軟體，從事軟體方向，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「硬體」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。
我認為這種想法是不正確的。
首先，嵌入式和單片機並不是純「硬體」類方向。前面我也說了，它們是軟體和硬體的緊密結合。
如果你想學好嵌入式和單片機，只懂數字電路和微機接口這樣的硬體知識是不夠的，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。尤其是嵌入式軟體開發，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晶片產業，也會帶動嵌入式人才的就業，提升待遇。
隨著5G的全面啟動，整個社會正在向「萬物互聯」的方向發展。物聯網技術也將迎來前所未有的歷史機遇。嵌入式和單片機技術是物聯網技術的重要組成部分，也將進入發展的快車道。
因此，儘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，越有利於構建競爭壁壘。到了後期，個人價值可以得到進一步的體現。
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