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首先，“嵌入式”這是個(gè)概念，準(zhǔn)確的定義沒(méi)有，各個(gè)書(shū)上都有各自的定義。但是主要思想是一樣的，就是相比較PC機(jī)這種通用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)是個(gè)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，在硬件和軟件上都只保留需要的部分，而將不需要的部分裁去。所以嵌入式系統(tǒng)一般都具有便攜、低功耗、性能單一特性。
然后，MCU、DSP、FPGA這些都屬于嵌入式系統(tǒng)的范疇，是為了實(shí)現(xiàn)某一目的而使用的工具。
MCU俗稱”單片機(jī)“經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，早已不單單只有普林斯頓結(jié)構(gòu)的51了，性能也已得到了很大的提升。因?yàn)镸CU必須順序執(zhí)行程序，所以適于做控制，較多地應(yīng)用于工業(yè)。而ARM本是一家專門(mén)設(shè)計(jì)MCU的公司，由于技術(shù)先進(jìn)加上策略得當(dāng)，這兩年單片機(jī)*占有率巨大。
ARM的單片機(jī)有很多種類，從低端M0(小家電)到A8、A9(、平板電腦)都很吃香，所以也不是ARM的單片機(jī)一定要上系統(tǒng)，關(guān)鍵看應(yīng)用場(chǎng)合。
DSP叫做數(shù)字信號(hào)處理器，它的結(jié)構(gòu)與MCU不同，加快了運(yùn)算速度，突出了運(yùn)算能力。可以把它看成一個(gè)超級(jí)快的MCU。低端的DSP，如C2000系列，主要是用在電機(jī)控制上，不過(guò)TI公司好像稱其為DSC(數(shù)字信號(hào)控制器)一個(gè)介于MCU和DSP之間的東西。的DSP，如C5000/C6000系列，一般都是做視頻圖像處理和通信設(shè)備這些需要大量運(yùn)算的地方。
FPGA叫做現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列，本身沒(méi)有什么功能，就像一張白紙，想要它有什么功能*靠編程人員設(shè)計(jì)(它的所有過(guò)程都是硬件，包括VHDL和Verilog HDL程序設(shè)計(jì)也是硬件范疇，一般稱之為編寫(xiě)“邏輯”。)。
如果你夠NB，你可以把它變成MCU，也可以變成DSP。由于MCU和DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是設(shè)計(jì)好的，所以只能通過(guò)軟件編程來(lái)進(jìn)行順序處理，而FPGA則可以并行處理和順序處理，所以比較而言速度快。
那么為什么MCU、DSP和FPGA會(huì)同時(shí)存在呢?那是因?yàn)镸CU、DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是由IC設(shè)計(jì)人員精心設(shè)計(jì)的，在完成相同功能時(shí)功耗和價(jià)錢(qián)都比FPGA要低的多。而且FPGA的開(kāi)發(fā)本身就比較復(fù)雜，完成相同功能耗費(fèi)的人力財(cái)力也要多。
所以三者之間各有各的長(zhǎng)處，各有各的用武之地。但是目前三者之間已經(jīng)有融合的態(tài)勢(shì)，ARM的M4系列里多加了一個(gè)精簡(jiǎn)的DSP核，TI的達(dá)芬奇系列本身就是ARM+DSP結(jié)構(gòu)，ALTERA和XINLIX新推出的FPGA都包含了ARM的核在里面。所以三者之間的關(guān)系是越來(lái)越像三基色的三個(gè)圓了。
一言以蔽之“你中有我，我中有你”。
硬件工程師學(xué)習(xí)從何開(kāi)始?
單片機(jī):通常無(wú)操作系統(tǒng)，用于簡(jiǎn)單的控制，如電梯，空調(diào)等。
dsp:用于復(fù)雜的計(jì)算，像離散余弦變換、快速傅里葉變換，常用于圖像處理，在數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備中使用。
arm:一個(gè)英國(guó)的芯片設(shè)計(jì)公司，但是不生產(chǎn)芯片。只賣(mài)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
fpga:現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，以硬件描述語(yǔ)言(Verilog 或 VHDL)所完成的電路設(shè)計(jì)，可以經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的綜合與布局，快速的燒錄至 FPGA 上進(jìn)行測(cè)試，是現(xiàn)代 IC 設(shè)計(jì)驗(yàn)證的技術(shù)主流。
嵌入式 是相對(duì)于臺(tái)式電腦而言，系統(tǒng)可裁剪，形態(tài)各異，可能體積、功耗、成本受限、實(shí)時(shí)性要求高，如示波器，，平板電腦，全自動(dòng)洗衣機(jī)，路由器、數(shù)碼相機(jī)，這些設(shè)備中，雖然看不到臺(tái)式機(jī)的存在，但是都有一個(gè)或多個(gè)嵌入式系統(tǒng)在工作。
根據(jù)對(duì)象體系的功能復(fù)雜性和計(jì)算處理復(fù)雜性，提供的不同選擇。對(duì)于簡(jiǎn)單的家電控制嵌入式系統(tǒng)，采用簡(jiǎn)單的8位單片機(jī)就足夠了，價(jià)廉物美，對(duì)于和游戲機(jī)等，就必須采用32位的ARM和DSP等芯片了。FPGA是一種更偏向硬件的實(shí)現(xiàn)方式。
所以要通過(guò)學(xué)習(xí)成為硬件工程師，要從單片機(jī)開(kāi)始，然后學(xué)習(xí)ARM和DSP之類。
市面上七大主流單片機(jī)的詳細(xì)介紹
單片機(jī)現(xiàn)在可謂是鋪天蓋地，種類繁多，讓們應(yīng)接不暇，發(fā)展也是相當(dāng)?shù)难杆?，從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位8位發(fā)展到現(xiàn)在的各種高速單片機(jī)。
各個(gè)廠商們也在速度、內(nèi)存、功能上此起彼伏，參差不齊~~同時(shí)涌現(xiàn)出一大批擁有代表性單片機(jī)的廠商：Atmel、TI、ST、MicroChip、ARM…國(guó)內(nèi)的宏晶STC單片機(jī)也是可圈可點(diǎn)…
下面為大家?guī)?lái)51、MSP430、TMS、STM32、PIC、AVR、STC單片機(jī)之間的優(yōu)缺點(diǎn)比較及功能體現(xiàn)……
51單片機(jī)
應(yīng)用廣泛的8位單片機(jī)當(dāng)然也是初學(xué)者們?nèi)菀咨鲜謱W(xué)習(xí)的單片機(jī)，早由Intel推出，由于其典型的結(jié)構(gòu)和完善的總線寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統(tǒng)，堪稱為一代“經(jīng)典”，為以后的其它單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
51單片機(jī)之所以成為經(jīng)典，成為易上手的單片機(jī)主要有以下特點(diǎn)：
特性：
從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，處理對(duì)象不是字或字節(jié)而是位。不但能對(duì)片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測(cè)試等，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，其功能十分完備，使用起來(lái)得心應(yīng)手。
同時(shí)在片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開(kāi)辟了一個(gè)雙重功能的地址區(qū)間，使用極為靈活，這一功能無(wú)疑給使用者提供了極大的方便，
乘法和除法指令，這給編程也帶來(lái)了便利。很多的八位單片機(jī)都不具備乘能，作乘法時(shí)還得編上一段子程序調(diào)用，十分不便。
缺點(diǎn)：(雖然是經(jīng)典但是缺點(diǎn)還是很明顯的)
AD、EEPROM等功能需要靠擴(kuò)展,增加了硬件和軟件負(fù)擔(dān)
雖然I/O腳使用簡(jiǎn)單，但高電平時(shí)無(wú)輸出能力，這也是51系列單片機(jī)的大軟肋
運(yùn)行速度過(guò)慢，特別是雙數(shù)據(jù)指針，如能改進(jìn)能給編程帶來(lái)很大的便利
51保護(hù)能力很差，很容易燒壞芯片
應(yīng)用范圍：
目前在教學(xué)場(chǎng)合和對(duì)性能要求不高的場(chǎng)合大量被采用
使用多的器件：8051、80C51
MSP430單片機(jī)
MSP430系列單片機(jī)是德州儀器1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗的混合信號(hào)處理器，給人們留下的大的亮點(diǎn)是低功耗而且速度快,匯編語(yǔ)言用起來(lái)很靈活,尋址方式很多,指令很少,容易上手。
主要是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片”解決方案。其迅速發(fā)展和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，主要取決于以下的特點(diǎn)…
特性：
強(qiáng)大的處理能力，采用了精簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式( 7 種源操作數(shù)尋址、 4 種目的操作數(shù)尋址)、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令;大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算;還有的查表處理指令;有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為 125 ns 。這些特點(diǎn)保證了可編制出率的源程序
在運(yùn)算速度方面，能在 8MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 125ns 的指令周期。16 位的數(shù)據(jù)寬度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能實(shí)現(xiàn)乘加)相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法(如 FFT 等)。
超低功耗方面，MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。電源電壓采用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)， 芯片的電流會(huì)在 200~400uA 左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的低功耗只有 0.1uA
缺點(diǎn)：
個(gè)人感覺(jué)不容易上手，不適合初學(xué)者入門(mén)，資料也比較少，只能跑網(wǎng)去找
占的指令空間較大,因?yàn)槭?6位單片機(jī),程序以字為單位,有的指令竟然占6個(gè)字節(jié)。雖然程序表面上簡(jiǎn)潔, 但與pic單片機(jī)比較空間占用很大
應(yīng)用范圍：
在低功耗及超低功耗的工業(yè)場(chǎng)合應(yīng)用的比較多
使用多的器件：MSP430F系列、MSP430G2系列、MSP430L09系列
TMS單片機(jī)
特性：
內(nèi)核：?jiǎn)沃芷诔朔ê陀布?/p>
存儲(chǔ)器：片上集成32-512KB的Flash存儲(chǔ)器。6-64KB的SRAM存儲(chǔ)器
時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓。POR、PDR和可編程的電壓探測(cè)器(PVD)。4-16MHz的晶振。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8MHz RC振蕩電路。內(nèi)部40 kHz的RC振蕩電路。用于CPU時(shí)鐘的PLL。帶校準(zhǔn)用于RTC的32kHz的晶振
調(diào)試模式：串行調(diào)試(SWD)和JTAG接口。多高達(dá)112個(gè)的快速I(mǎi)/O端口、多多達(dá)11個(gè)定時(shí)器、多多達(dá)13個(gè)通信接口
使用多的器件：STM32F103系列、STM32 L1系列、STM32W系
這里也提一下TMS系列單片機(jī)，雖不算主流。由TI推出的8位CMOS單片機(jī),具有多種存儲(chǔ)模式、多種外圍接口模式,適用于復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合。雖然沒(méi)STM32那么，也沒(méi)MSP430那么張揚(yáng)，但是TMS370C系列單片機(jī)提供了通過(guò)整合先進(jìn)的外圍功能模塊及各種芯片的內(nèi)存配置，具有高性價(jià)比的實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制。
