单片机和嵌入式，其实没有什么规范的定义来分辨他们，关于进行过单片机和嵌入式开发的开发者来说，都有他们自己的定义，接下来，就谈谈自己对这两个概念的了解和感悟。

首先明白概念，什么是单片机，单片机是一种集成电路芯片，是采用超大范围集成电路技术把具有数据处置才干的中央处置器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中缀系统、定时器/计数器等功用(可能还包含显现驱动电路、脉宽调制电路、模仿多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制范畴普遍应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，延展到往常的300M的高速单片机。

好比最经典的51系列单片机，如下图所示，外观只是一块一个拇指大小的长方体芯片，共40个引脚，里面包含了逻辑运算单元。实践上也就是一个cpu。

在最开端接触单片机的时分，还曾经有过一个疑问，为什么单片机是黑色的而不能够是别的颜色，后来才知道是单片机资料的限制。

对单片机而言，其实一个芯片就是全部，其他的好比单片机最小系统都是为了单片机的正常运作而参与其他元件，好比晶振，5v电源，电感电阻等。当然最小系统只能保障单片机正常运转，简直完成不了基于单片机的任何应用。

为了使单片机完成应用，必须求参与其他外设。好比按键，led灯，led屏，蜂鸣器，各种sensor。这也就是市面上很多公司都在做的单片机开发板。

总结，单片机就是完成运算、逻辑控制、通讯等功用的单一模块。也就是单片机真的姓“单”。DSP芯片也能够以为是一个单片机。当然它们性能很强大，但是功用依然很单一，总之就是处置数据、逻辑。

那么什么是嵌入式呢，普通说嵌入式都是指嵌入式系统，嵌入式系统是将应用程序、操作系统、和计算机硬件在一同的系统，是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，其针对的用户应用对功用、牢靠性、成本、体积、功耗和运用环境有特殊请求的专用计算机系统。IEEE(Instituteof Electrical and ElectronicsEngineers，美国电气和电子工程师协会)对嵌入式系统的定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。

嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处置器控制板。事实上，一切带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都运用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序完成整个控制逻辑。这是由于嵌入式系统普通用于工业控制，也就是说对外设的控制都是写死的，并不需求人工干预，同时也为了保障系统的稳定和牢靠。

我们经常能够听到公司招聘的请求是嵌入式软件工程师或者嵌入式硬件工程师，也就是说嵌入式系统包含软件和硬件，其实认真想想也能明白，都曾经跑系统了，当然有软件也有bsp硬件啦。也就是说嵌入式系统是软硬件分离体，国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，顺应应用系统对功用、牢靠性、成本、体积、功耗等严厉请求的专用计算机系统。

接下来将嵌入式分红硬件和软件细致阐明。

硬件层：

硬件层中包含嵌入式微处置器、存储器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用设备接口和I/O接口(A/D、D/A、I/O等)。在一片嵌入式处置器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式中心控制模块。其中操作系统和应用程序都能够固化在ROM中。

其中中心就是微处置器，嵌入式处置器和普通的电脑cpu还有区别，嵌入式微处置器大多工作在特定设计的系统中，好比TI或者Atmel公司都有很多定位不同的处置器，Atmel的SAM系列是特地为物联网设计的，AVR则由于性能十分突出，普遍应用于工业范畴。

嵌入式微处置器有各种不同的体系，即便在同一体系中也可能具有不同的时钟频率和数据总线宽度，或集成了不同的外设和接口。据不完整统计，全世界嵌入式微处置器曾经超越1000多种，体系结构有30多个系列，其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但与全球PC市场不同的是，没有一种嵌入式微处置器能够主导市场，仅以32位的产品而言，就有100种以上的嵌入式微处置器。嵌入式微处置器的选择是依据细致的应用而决议的。

好比arm公司有各种各样的处置器架构，最经典的cortex系列，它属于ARMv7架构，这是到2010年为止ARM公司最新的指令集架构。ARMv7架构定义了三大分工明白的系列：“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用;“R”系列针对实时系统;“M”系列对微控制器。下图就是cortex系列的不同定位。

在嵌入式范畴，能够说arm架构的处置器占领了半壁江山，而arm公司也成为著名的科技公司，而它却没有生产任何处置器，而只是提供了IP，能够看出一流公司做规范。而其他用的比较多的架构就是sparc、powerpc等。

嵌入式系统和外界交互需求一定方式的通用设备接口，如A/D、D/A、I/O等，外设经过和片外其他设备的或传感器的衔接来完成微处置器的输入/输出功用。每个外设通常都只需单一的功用，它能够在芯片外也能够内置芯片中。外设的种类很多，可从一个简单的串行通讯设备到十分复杂的802.11无线设备。

嵌入式系统中常用的通用设备接口有A/D(模/数转换接口)、D/A(数/模转换接口)，I/O接口有RS-232接口(串行通讯接口)、Ethernet(以太网接口)、USB(通用串行总线接口)、音频接口、VGA视频输出接口、I2C(现场总线)、SPI(串行外围设备接口)和IrDA(红外线接口)等。这一点其实和单片机相似。

软件层：

也就是操作系统了，包含内核和文件系统，还有就是更为顶层的应用程序，嵌入式操作系统普通都是Linux或者其他类Unix，还有一些实时操作系统(RTOS)好比VxWorks、RTEMS、ucOS等。

其中Linux还包含不同的distribution，好比Ubuntu、Redhat、Debian、centos等，他们都是采用Linux的内核，不同的是上面的software和tools，当然不用太过于担忧规范问题，这些Linux发行版选择的软件简直都是比较通用的，好比网页效劳器的Apache、电子邮件效劳器的postfix、sendmail、文件效劳器的Samba等。此外还有Linuxstandard base等规范来规范开发者。

类Unix主要是FreeBSD以及Solaris等。

嵌入式范畴最常用的还是一些实时操作系统，实时操作系统的中心就是实时性，实质就是任务处置所华为时间的可预测性，即任务需求在规则内时限内完成。IEEE对实时系统的定义是“那些正确性不只取决于计算的逻辑结果也取决于产生结果所破费时间的系统”。实时操作系统有硬实时和软实时之分，硬实时请求在规则的时间内必须完成操作，这是在操作系统设计时保障的;软实时则只需依照任务的优先级，尽可能快地完成操作即可。我们通常运用的操作系统在经过一定改动之后就能够变成实时操作系统。

那么实时操作系统和Linux这种分时操作系统的区别罗列如下：

(1)多路性。实时信息处置系统与分时系统一样具有多路性。系统按分时准绳为多个终端用户效劳;而对实时控制系统，其多路性则主要表往常经常对多路的现场信息进行采集以及对多个对象或多个执行机构进行控制。

(2)独立性。实时信息处置系统与分时系统一样具有独立性。每个终端用户在向分时系统提出效劳央求时，是彼此独立的操作，互不干扰;而在实时控制系统中信息的采集和对对象的控制，也彼此互不干扰。

(3)及时性。实时信息系统对实时性的请求与分时系统相似，都是以人所能接受的等候时间来肯定;而实时控制系统的及时性，则是以控制对象所请求的开端截止时间或完成截止时间来肯定的，普通为秒级、百毫秒级直至毫秒级，以至有的要低于100微秒。

(4)交互性。实时信息处置系统具有交互性，但这里人与系统的交互，仅限于访问系统中某些特定的专用效劳程序。它不像分时系统那样能向终端用户提供数据处置效劳、资源共享等效劳。

(5)牢靠性。分时系统请求系统牢靠，相比之下，实时系统则请求系统高度牢靠。由于任何差错都可能带来庞大的经济损失以至无法预料的灾难性结果。因而，在实时系统中，采取了多级容错措施来保障系统的保险及数据的保险。

由于愈加牢靠和及时。嵌入式实时操作系统愈加普遍应用于工业控制、航空航天、军工等范畴，好比美国航天局NASA近几年发射的火星探测器等都是采用的RTEMS实时操作系统。

中间层：

所谓的中间层就是软件层和硬件层之间的接口层，其实严厉而言也属于软件层。普通开发者称之为BSP，这一层主要担任的是向下提供硬件的驱动，硬件的配置等操作，向上则向软件开发者提供规范API，进行中间层开发的开发者通常称为嵌入式驱开工程师。

从这里也能够看出来，嵌入式设计和软硬都分不开，既要控制底层硬件的特性以及如何驱动其工作，也要了解操作系统的相关学问，才能够编写相应功用的应用。

因而看一个操作系统能否支持某个芯片或者某个开发板，只需看其源码中能否包含相应芯片或开发板的板级支持包。

以上就是自己对嵌入式系统系统的了解，接下来再来谈谈嵌入式系统应该跑在什么样的硬件上。

谈起嵌入式硬件或者开发板，我想很多人第一印象就是RaspberryPi，是一块只需信誉卡大小的微型电脑，别看其名义“娇小”，内“心”却很强大，视频、音频等功用通通皆有，可谓是“麻雀虽小，五脏俱全”。树莓派推出后，很多厂商争相推出相似产品，好比香蕉派之类的。在这里用TI的Beagleboneblack板子进行阐明，Beagleboneblack板如下图所示：

能够看出体积大小和树莓派相似，外设包含有USBhost和USBmini以及网卡接口，，背面还有一个sd卡槽和HDMI接口。接下来看看它的性能参数：

下表是BBB板和树莓派的性能参数比较：

Beagleboneblack的处置器是一块主频抵达1GHZ的Ti处置器，基于arm的cortexa8架构，RAM是512M的DDR3，存储器大小为2GB，支持的操作系统包含Ubuntu、archLinux、Android等。外设有USBhost和一块百兆网卡。

BBB的处置器采用的是当前嵌入式系统中最盛行的ARMv7指令集。采用当今普遍运用的指令集的处置器能够被更多的软件支持。例如，一些操作系统曾经不支持在ARMv6指令集上运转，例如，Ubuntu在2012年4月放弃了对ARMv6指令集的支持。

ARMv7相对与ARMv6指令集的另一个优势在于，运用ARMv7的处置器的实践性能愈增强劲。ARMv7相对与ARMv6的优势还有很多，好比一些显著的改进：完成了超标量架构、包含了SIMD操作指令、改进了分支预测算法从而极大的进步了某些性能。

最后总结：

以上就是一块基本的嵌入式中心板所具有的性能参数，和上面说到的单片机的性能参数相比较，单片机的处置才干较低，主频大多在几十M上下，和嵌入式动辄上百上千M的处置速度还是相差较多，此外单片机并不具有图形界面的处置才干，也就是GPU的缺乏招致单片机简直不可能带动图形界面;单片机的存储空间和嵌入式处置器也不是一个等级的，单片机通常片内存储只需几k大小，而由于外设的限制也不太可能大范围增加外设emmc，而嵌入式处置器通常有几百兆的RAM，如此庞大的差别招致单片机简直不可能像嵌入式处置器那样运转操作系统，以至连TCP/IP协议栈和USB协议栈都跑不起来，一些高端的单片机好比ST公司的STM32系列，可能能够跑一些轻量级的系统os和嵌入式网络协议栈，好比IwIP协议栈。嵌入式处置器丰厚强大的性能决议它能完成更多单片机不能完成的应用，好比网络通讯功用，视频传输处置功用等，而当外设存储增加后，嵌入式处置器能够轻松运转各种Linux系统，以及图形GUI界面。

在开发方式上单片机和嵌入式也有较大差别，也就是编译过程的区别，单片机主要在Windows等图形界面下开发，目前有很多成熟的IDE工具好比keil、IAR、以及ti的CCS等，这些工具集编译、汇编、链接、仿真为一体，并且由于在Windows下开发，具有友好的用户界面，开发者只需编写c代码，然后点击编译链接按键即可，呈现错误还能够debug或者仿真，上手还是十分快的。而嵌入式开发普通是在Linux下进行的，要将c代码在自己主机上编译完成，然后经过系统镜像或者uboot引导将编译好的文件烧入开发板，由于主机的处置器的x86架构，而编写的代码是为了运转在arm架构或sparc架构的处置器上，因而存在一个交叉编译链的装置，此外，Linux下没有Windows那样的IDE，也就是编译，链接源代码都需求开发者自己完成，普通都是应用GNUmake脚本编写Makefile以及configure文件来完成，Makefile文件中编写如何对c或者h文件编译，也就是编译规则以及依赖文件是什么。这些都需求开发者自己完成。并且以上过程都是在Linux下的终端也就是命令行中完成，这也给嵌入式开发增加了难度。