嵌入式

LincZero大约 6 分钟

定义：处理器、内存、输入输出接口等的单一芯片
特点：资源有限、逻辑简单、特定任务
场景：控制汽车、智能家电、物联网设备
常见设备
- 经典MCU：89C51、STM32、ESP32，他们有各自配套的开发工具
- 入门MCU
  - Arduino (开源嵌入式硬件平台)：语言简单、硬件开源库丰富是它的最大特点
  - 树莓派 Raspberry Pi：可称为微型电脑，芯片中包含了arm架构的处理器核心，相较一般单片机，具有更高的计算能力和更大的存储容量，支持运行复杂的操作系统和应用程序

DSP (Digital Signal Processor，数字信号处理器)

定义：由德州仪器公司专门设计，用于处理数字信号的处理器
特点：机器指令对数字信号中的卷积傅列变换、乘法除法等运算非常快速
场景：无线通信、音视频处理、雷达系统等。涉及数字信号处理的场景

FPGA (Field-Programmable Gate Array，可编程门阵列)

定义：它是一种可在实际使用前，由用户编程的集成电路，利用 可编程互联 (verilog/VHDL) 将 可编程逻辑块（大量零散的与、或、非门电路块） 按特定功能相连，形成复杂的组合逻辑或时序逻辑
特点：较为复杂。灵活性、可重构性高、实时性
场景：原型设计、加速计算、仪器测控包括最近火爆的FPS硬件外挂，就是使用FPGA作为内存的DMA桥梁实现的

硬件、软件、固件

硬件

硬件是嵌入式系统中的物理组件。包括：

处理器：相当于人的大脑，负责思考和支配身体
传感器：帮助人获取知觉
执行器：执行大脑指定的动作
存储器：负责记忆知识

是嵌入式系统的物理基础。开发者需要设计和布局硬件电路选择适当的处理器和外围设备以满足系统需求

软件

软件是在嵌入式系统上运行的可执行代码和数据的结合，包括：

应用程序
驱动程序
算法
等软件

就像人的思维进入数据时人已知的知识可执行代码是人的行为逻辑操作系统就像人的神经系统既具备物质基础又调控思维

是嵌入式系统的核心。开发者根据系统的计算和控制任务开发相应的操作系统与程序

固件

把以上两者联系起来的是固件，它是介于硬件和软件之间的一类软件，是存储在非易失性存储器中的代码和数据，用于控制硬件设备的操作和功能

是嵌入式系统的桥梁。用于初始化硬件、加载操作系统或直接执行控制功能

典型MCU结构与功能

处理器

CPU：运算、控制、寄存
时钟 -> 定时器 -> 中断 -> 看门狗

一些概念解释

时钟：当定时器达到预先设定的时间后，触发中断流水线得到命令，进行新的生产周而复始
看门狗：名字也很形象，一只负责监视工厂安全的狗，如果你不按时喂给它食物，它就会判断系统出现了问题，需要复位重启

存储器

片上存储

一些概念解释

存储：流水线能正常工作，供给其生产的仓库也要足够给力。经验证明，分级存储是一个高效的存储方案
- ROM (只读存储器)：只读，出厂前写定内容，无法修改。用于程序启动和内核功能调用
- SRAM (静态随机存储器)：读写快，但断电数据会丢失，存储运行时临时性数据
- Flash (闪存)：读写速度适中，断电后数据不会丢失。用于存储程序代码、数据、烧录的固件

I/O

外设接口
无线通信

模拟量与数字量

模拟量：
- 连续变化的信号，计算机不能直接处理
- 它可以在一定范围内取任何数值且可以无限细分现实中绝大多数的概念也都是模拟的。
- 例如：语音信号、温度速度、电压变化
数字量
- 离散的信号，这是计算机所能处理的数据
- 它在一系列离散的数值中取值与模拟量不同数字量只能取有限的特定的数值通常使用二进制来表示。
- 例如：电灯的开关、数字图像、时钟等
模拟量->数字量：采用一段时间取一个值的方式将其转化为数字量再进行处理这就是所谓的采样、量化
数字量->模拟量：当单片机处理完这些数字量后再通过平滑转化为模拟量进行输出这就是所谓的滤波、逆量化

【交互】单片机 -- 外部 (4)

GPIO (通用输入/输出)：输入数字输出数字
- 是连接外设与传感器的通用接口
PWM (脉冲宽度调制)：产生模拟信号。它通过输出快速切换的数字量，高低电平会被电机平均为比较平滑的模拟信号
- 如控制电机速度调光led等
ADC (模/数转换器)：输入模拟输出数字。将模拟量转化为数字量，用于从传感器中读取模拟数据
- 比如获取外界温度
DAC (数/模转换器)：输入数字输出模拟
- 用于向执行器生成模拟输出，比如播放音频

【交互】芯片 -- 芯片 (3)

UART (通用异步收发器)：异步、全双工、20Kbps-10Mbps
- 通常应用于与计算机连接烧录调试程序
SPI：同步、全双工、<=10Mbps
- SPI通常用于存储器屏幕等要求较快传输速度的设备相
$I^2C-I^2C总线$ $I^{2} C - I^{2} C 总线$ ：同步、半双工、100Kbps-3.4Mbps
- 由于其接线简单常用于各种传感器连接单片机
区别：
- 第一种是向两个部门之间发邮件扁平化管理假部门表达我希望你们快点弄出一个策划案而乙部门可以抱怨时间不够人手不足各说各的不必同时
- 后两种则向公司年会大家统一坐在礼堂 CEO向各个分部门领导传达新一年的规划
- 两者的差异在于 IPHONEC总线通过更复杂的协议省去了两条线代价是更慢的速度和领导发言时不能插嘴

【交互】单片机 -- 单片机

就像工厂与上下游企业有合作布料厂的成品要售给制衣厂，目前的嵌入式设备上使用较多的协议是：
- 通信范围功耗要求数据速率设备密度
  WIFI 受限高 10Mbps-1Gbps 高
  Zigbee 受限高 <=250Kbps 高
  NB-IoT 广低 <=250Kbps 低
  Bluetooth 受限低 <=100Mbps 低
  LoRa 广低 100bps-10Kbps 低

嵌入式

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入门

嵌入式处理器

MCU (Micro-Controller Unit，小控制单元，单片机)