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[导读]从事计算机和或电子行业相关领域工作的朋友,一般都听说过单片机和嵌入式。但是要问单片机和嵌入式两者之间有什么联系,大多数人都不能很好的解释清楚。想要弄清楚嵌入式和单片机有什么联系,首先就要弄明白什么是嵌入式,什么是单片机。

从事计算机和或电子行业相关领域工作的朋友,一般都听说过单片机嵌入式。但是要问单片机和嵌入式两者之间有什么联系,大多数人都不能很好的解释清楚。想要弄清楚嵌入式和单片机有什么联系,首先就要弄明白什么是嵌入式,什么是单片机。

什么是嵌入式

按照历史性、本质性、普遍性要求,嵌入式系统应定义为:“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。

嵌入式系统是以应用为中心,以现代计算机技术为基础,能根据用户需求(功能、可靠性、成本、体积、功耗、环境等)灵活定制软硬件模块的特殊计算机系统。

面向应用:强调嵌入式系统的目标是满足用户的特定需求。对于大多数完整的嵌入式系统来说,用户只要打开电源就可以直接使用其功能,不需要二次开发,也不需要进行少量的配置操作。

专用性:嵌入式系统的大部分应用对可靠性和实时性要求较高,这决定了为特定应用服务的专用系统是嵌入式系统的主流模式,并不强调系统的通用性和可扩展性。这种特殊性通常导致嵌入式系统是软件和硬件紧密集成的最终系统,因为它可以有效地提高整个系统的可靠性,降低成本,并使其有更好的用户体验。

以现代计算机技术为核心:嵌入式系统最基本的支撑技术,一般包括集成电路设计技术、系统结构技术、传感与检测技术、嵌入式操作系统与实时操作系统技术、资源约束系统的高可靠性软件开发技术、系统形式化规范与验证技术、通信技术、低功耗技术、信号处理和控制优化技术,围绕计算机的基本原理,集成到特定的专用设备中,形成一个嵌入式系统。

软件和硬件是可以量身定制的:嵌入式系统针对的应用场景非常多,带来的设计指标要求(功能性能、可靠性、成本、功耗)非常不同,很难有一套解决方案来满足现实中所有的系统需求。因此,根据不同的需求,灵活地裁剪软硬件,构建满足需求的最终系统,是嵌入式技术发展的必然技术路线。

什么是单片机?

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

单片机也被称为单片微控器,属于一种集成式电路芯片。在单片机中主要包含CPU、只读存储器ROM和随机存储器RAM等,多样化数据采集与控制系统能够让单片机完成各项复杂的运算,无论是对运算符号进行控制,还是对系统下达运算指令都能通过单片机完成。 由此可见,单片机凭借着强大的数据处理技术和计算功能可以在智能电子设备中充分应用。简单地说,单片机就是一块芯片,这块芯片组成了一个系统,通过集成电路技术的应用,将数据运算与处理能力集成到芯片中,实现对数据的高速化处理。

单片机是不是嵌入式?

那么单片机到底是不是嵌入式呢?简单来说:是。

因为很多嵌入式产品中被嵌入的计算机系统就是单片机,譬如空调中嵌入的控制板其实核心就是个单片机。实际上大部分家电产品中嵌入的计算机系统都是单片机。

因为单片机足够简单便宜而且够用,所以使用单片机是最划算最适合的。而单片机现在出货量最大的领域也就是家电产品了,当然未来IOT类的应用会越来越多,会成为单片机的很大的增量市场。

嵌入式和单片机的区别

从上面的介绍来看,嵌入式系统是一个大类,而单片机是一个重要的子类。嵌入式系统就像一台完整的计算机,而单片机则更像是一台没有外设的计算机。过去的单片机包含的东西不多,两者在硬件上的区别更加明显。然而,随着半导体技术的飞速发展,现在各种硬件功能都可以在单片机中完成。因此,嵌入式系统与单片机之间的硬件差异越来越小,分界线越来越模糊。

于是,人们倾向于在软件上进行区分。

从软件上,行业里经常把芯片中不带MMU(memory management unit,内存管理单元)从而不支持虚拟地址,只能裸奔或运行RTOS(实时操作系统,例如ucos、华为LiteOS、RT-Thread、freertos等)的system,叫做单片机(如STM32、NXP LPC系列、NXP imxRT1052系列等)。

同时,把芯片自带MMU可以支持虚拟地址,能够跑Linux、Vxworks、WinCE、Android这样的“高级”操作系统的system,叫做嵌入式。

在某些情况下,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,开发和维护相对容易,特别是对于更有针对性的应用程序。嵌入式系统在理论上具有更强的性能和更广泛的应用,但其复杂性高,开发难度大。

单片机与嵌入式系统的联系

根据IEEE的定义,嵌入式系统是用来控制或监视机器、装置或工厂等大规模系统的设备。 从定义我们可以看出,实际上以前的控制装置、单片机系统应该也属于嵌入式系统的范畴。

我们可以这样理解,嵌入式系统是一个大类,单片机是其中一个重要的子类。嵌入式系统顾名思义就是一个嵌入在其他系统中的系统。例如汽车系统中嵌入姿态控制系统,就可以使汽车驾驶更安全,更有效;电源系统内引入自动控制系统,能够让电源工作的更稳定。这里的姿态控制系统和电源的自动控制系统就属于嵌入式系统。

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