嵌入式和单片机，是同一个东西吗

凡是从事信息技术相关工作的童鞋，一定都听说过嵌入式和单片机。

大家都知道，这两个名词，和硬件系统有着非常密切的关系。

但是，如果要问具体什么是嵌入式，什么是单片机，它们之间究竟有什么区别，我相信大部分人并不能解释清楚。

今天，小枣君就给大家做一个入门科普，揭秘上述问题的答案。

与此同时，我也顺便解释一下，我们常说的 51、STM32，究竟是什么。

什么是嵌入式

首先，我们来看看什么是嵌入式。

嵌入式，一般是指嵌入式系统，英文叫作：embedded system。嵌入式开发，其实就是对嵌入式系统的开发。

IEEE（美国电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义是：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。

国内学术界的定义更为具体一些，也更容易理解：

嵌入式系统，是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

以应用为中心，说明嵌入式系统是有明确实际用途的。以计算机技术为基础，说明它其实就是一种特殊的计算机。软硬件可裁剪，说明它有很强的灵活性和可定制能力。

专用计算机系统，“专用”所对应的，就是“通用”。我们常用的个人 PC、笔记本电脑、数据中心服务器，可以用于多种用途，就是“通用计算机系统”。

嵌入式系统究竟具体应用于哪些“专用”方向呢？

举例如下：

个人通信与娱乐系统：手机、数码相机、音乐播放器、可穿戴电子产品、PSP 游戏机。

家电类产品：数字电视、扫地机器人、智能家电。

办公自动化：打印机，复印机、传真机。

医疗电子类产品：生化分析仪、血液分析仪、CT。

网络通信类产品：通信类交换设备、网络设备 (交换机、路由器、网络安全)。

汽车电子类产品：引擎控制、安全系统、汽车导航与娱乐系统。

工业控制类产品：工控机、交互式终端 (POS、ATM)、安全监控、数据采集与传输、仪器仪表。

军事及航天类产品：无人机、雷达、作战机器人。

上述这些领域，都使用了嵌入式系统。这还只是冰山一角。

可以说，嵌入式系统完完全全地包围了我们，时刻影响着我们的工作和生活。

嵌入式系统，既然是一个计算机系统，那么肯定离不开硬件和软件。

一个嵌入式系统的典型架构如下：

注意，最重要的就是嵌入式操作系统和嵌入式微处理器。

从硬件角度来看，嵌入式系统就是以处理器（CPU）为核心，依靠总线（Bus）进行连接的多模块系统：

和个人 PC 是一样的方式

下面这张图，就是一个嵌入式系统的实物样例：

中间偏左上角，S3C2440，是 CPU，中间是 RAM，然后还有 ROM、网卡、串口、电源等等。可以看出，嵌入式系统麻雀虽小，五脏俱全。

什么是“单片机”？

嵌入式系统的核心，就是嵌入式处理器。嵌入式处理器一般分为以下几种典型类型：

嵌入式微控制器 MCU（Micro Control Unit）

MCU 内部集成 ROM/RAM、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串口、A/D、D/A、FLASH 等。典型代表是 8051、8096、C8051F 等。

嵌入式 DSP 处理器（Digital Signal Processor）

DSP 处理器专门用于信号处理，在系统结构和指令算法进行了特殊设计。在数字滤波、FFT、频谱分析中广泛应用。典型代表是 TI（德州仪器）公司的 TMS320C2000/C5000 系列。

嵌入式微处理器 MPU（Micro Processor Unit）

MPU 由通用处理器演变而来，具有较高的性能，拥有丰富的外围部件接口。典型代表是 AM186/88、386EX、SC-400、PowerPC、MIPS、ARM 系列等。

此外，还有嵌入式片上系统 SoC（System on Chip）和可编程片上系统 SoPC（System on a Programmable Chip）。

我们的单片机，就属于上述的第一种 ——MCU（嵌入式微控制器）。

我们来详细介绍一下它。

单片机，又称为单片微控制器，英文叫 Single-Chip Microcomputer。

它其实就是一种集成电路芯片，是通过超大规模集成电路技术，将 CPU、RAM、ROM、输入输出和中断系统、定时器/计数器等功能，塞进一块硅片上，变成一个超小型的计算机。

这么说来，单片机不就是一个嵌入式系统？别急，我们往下看。

“单片机”其实是一种古老的叫法。以前半导体工艺技术不成熟，不同的功能无法做进一个芯片（Chip），所以会有多片机。现在半导体技术早已非常发达，所以不存在多片机。但是，“单片机”的叫法却一直延用至今。

很多高校老师喜欢强调单片机姓“单”，除了指单片机只是一个硅片之外，更多是指单片机的功能单一，它是完成运算、逻辑控制、通信等功能的单一模块。即便它性能再强大，功能依然是单一的。

单片机技术从上世纪 70 年代末诞生，早期的时候是 4 位，后来发展为 8 位，16 位，32 位。它真正崛起，是在 8 位时代。8 位单片机功能很强，被广泛应用于工业控制、仪器仪表、家电汽车等领域。

我们在研究单片机的时候，经常会听到两个词 ——51 单片机、STM32。我来介绍一下它们究竟是什么。

51 单片机，其实就是一系列单片机的统称。该系列单片机，兼容 Intel 8031 指令系统。它们的始祖，是 Intel（英特尔）的 8004 单片机。

注意，51 单片机并不全是英特尔公司的产品。包括 ATMEL（艾德梅尔）、Philips（飞利浦）、华邦、Dallas（达拉斯）、Siemens（西门子）、STC（国产宏晶）等公司，也有很多产品属于 51 单片机系列。

▲ ATMEL 公司的 51 单片机，AT89C51

▲ 这是一个 51 单片机的开发板，中间那个芯片才是 51 单片机

51 单片机曾经在很长时间里都是市面上最主流、应用最广泛的单片机，占据大量的市场份额。

51 单片机其实放在现在毫无技术优势，是一种很老的技术。之所以它的生命力顽强，除了它曾经很流行之外，还有一个原因，就是英特尔公司彻底开放了 51 内核的版权。

所以，无论任何单位或个人，都可以毫无顾忌地使用 51 单片机，不用付费，也不用担心版权风险。

此外，51 单片机拥有雄厚的存量基础和群众基础。很多老项目都是用的 51 单片机，出于成本的考虑，有时候只能继续沿用 51 单片机的技术进行升级。而且，很多老一辈的工程师，都精通 51 单片机开发技术。所以，51 单片机的生命力得以不断延续。

再来看看 STM32。

STM32，是意法半导体公司推出的基于 ARM Cortex-M 内核的通用型单片机。

▲STM32 单片机

意法半导体（STMicroelectronics）是世界最大的半导体公司之一，于 1987 年 6 月成立，是由意大利的 SGS 微电子公司和法国 Thomson 半导体公司合并而成。1998 年 5 月，SGS-THOMSON Microelectronics 将公司名称改为意法半导体有限公司。

▲意法半导体 LOGO

ARM 公司以前小枣君给大家介绍过。它是目前全球做芯片设计最厉害的公司之一，利用手机芯片的快速发展而崛起，占有物联网市场极大的份额。

在单片机领域，ARM 的 Cortex-M 内核拥有压倒性的优势，已经成为绝对的主流。很多半导体公司都放弃了自己原先的架构，转做 ARM 架构的单片机。

STM32 单片机开发板

STM32 的硬件配置可以满足大部分的物联网开发需求，开发工具和相关的文档资料齐全，已经成为目前单片机学习的首选对象。

嵌入式和单片机的区别

说到这里，我们来看看，嵌入式和单片机的区别到底是什么。

从前文的介绍来看，嵌入式系统是一个大类，单片机是其中一个重要的子类。嵌入式系统像是一个完整的计算机，而单片机更像是一个没有外设的计算机。

以前单片机包括的东西并不算多，两者的硬件区别较为明显。但是，随着半导体技术的突飞猛进，现在各种硬件功能都能被做进单片机之中。所以，嵌入式系统和单片机之间的硬件区别越来越小，分界线也越来越模糊。

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。

在某些时候，单片机本身已经足够强大，可以作为嵌入式系统使用。它的成本更低，开发和维护的难度相对较小，尤其是针对一些针对性更强的应用。而嵌入式系统理论上性能更强，应用更广泛，但复杂度高，开发难度大。

嵌入式和单片机的学习价值

最后我们来说一说嵌入式和单片机的学习价值，到底有没有必要学习嵌入式和单片机。

最近这些年，有一句话被广泛传播，那就是 ——“软件为王”。人们普遍认为软件知识的价值远远大于硬件，而学习软件，从事软件方向，会更容易找到工作，找到更高收入、更有前途的工作。

而嵌入式和单片机，往往被归为“硬件”方向，遭人“嫌弃”。加上嵌入式和单片机的学习难度较大，学习周期很长，需要漫长的“煎熬”，所以越来越多的人放弃这条路。

小枣君认为这种想法是不正确的。

首先，嵌入式和单片机并不是纯“硬件”类方向。前面我也说了，它们是软件和硬件的紧密结合。

如果你想学好嵌入式和单片机，只懂数字电路和微机接口这样的硬件知识是不够的，你更需要学习的，是汇编、C/C++ 语言、数据结构和算法知识。

拥有软硬结合的能力，远远比单纯掌握某种程序开发语言更有价值。

其次，嵌入式和单片机拥有广泛的应用场景，在各个领域都有项目需求和人才需求。

根据权威部门统计，目前我们国家每年的嵌入式人才缺口高达 50 万。尤其是嵌入式软件开发，是未来几年最热门和最受欢迎的职业之一。具有 10 年工作经验的高级嵌入式工程师，年薪可以达到 30-50 万元左右。

而且我们国家现在正在大力发展芯片产业，也会带动嵌入式人才的就业，提升待遇。

随着 5G 的建设深入，整个社会正在向“万物互联”的方向发展。物联网技术也将迎来前所未有的历史机遇。嵌入式和单片机技术是物联网技术的重要组成部分，也将进入发展的快车道。

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