一文解析单片机的发展情况
单片机
单片机是什么，单片机就是微控制器，一种通过运行编写的程序实现控制功能的芯片，广泛应用于马达控制、人机交互、数据采集、照明、小家电、玩具等各种应用。从事电子行业的人一般称之为mcu，也就是微控制器。现在大家似乎不怎么提单片机这个词，笔者也只记得在大学里有门课叫单片机，有些网络论坛还有单片机板块。单片机这个词似乎只有老工程师会这么说，现在年轻一代的工程师很多直接用arm来指代单片机。
其实单片机的英文名很直接地表达了其本质，single chip machine/microcomputer/microcontroller，其字面理解就是单芯片实现的微电脑、微控制器。其核心就是高度集成化，集成了cpu与存储器，以及外部设备，比如定时器、gpio、spi、iic等等。
图1：典型的混合信号mcu结构（混合信号指模拟与数字外设并存）
（图片来源：silicon labs c8051f数据手册） 由于单片机在一般电子系统中负责控制功能，因而从功能的角度大家又称单片机为微控制器单元，microcontroller unit简称为mcu。 为了统一表达，本文往下用mcu来指代单片机。 目前市面上的mcu根据其cpu系统的指令与数据总线宽度主要分为8位、16位或32位mcu。在早期，各大主流半导体厂商的8位mcu在各细分领域取得了巨大的成功，8位mcu主要分为大名鼎鼎的51核系列和非51系列。
图2：众多8位机内核（图片来源：贸泽电子） 在8位机时代，各厂商的mcu架构各有特色，差异较大，若想熟练掌握某系列mcu的编程技巧，并非易事。一般多采用“祖传”的软件系统架构及驱动代码，很少使用标准rtos，俗称”裸奔“。所以工程师在熟练掌握某系列mcu后，除非迫不得已，绝不愿意使用其他系列的mcu。 32位mcu，得益于32位的指令与数据系统，较8位mcu，其性能更强大，定位为高端mcu。知名的架构有cold fire、mips32、pic32d等。后来nxp、三星、st等厂商推出了32位的arm7内核mcu，作为高端mcu产品，在市场上取得了巨大的成功。直到那时，32位mcu还是以中高端mcu的身份出现在市场，高端mcu的特征有以下几点： 1 跑的快，主频在50mhz以上。 2 集成有大容量的rom与ram，并多带有外部存储器总线。 3 集成有高级外设，比如usb、以太网、lcd控制器等。 再后来针对传统8位/16位mcu市场，st率先推出了arm cortex-m3内核mcu，就是现在处于32位mcu王者地位的stm32系列。stm32系列简单易用，使用高效的ide工具，即使是新手也很容易使用c语言从main（）函数直接编写应用程序，不需要过多考虑系统的启动与中断系统的配置。由于简单易用，市场占有率越来越高，不少8/16位mcu用户都采用cortex-m3内核mcu来升级自己的产品。各主流mcu厂商纷纷推出了arm cortex-m3内核mcu，也就是采用arm cortex-m3内核配上自家传统mcu的外设。 arm cortex-m3 mcu的巨大成功，催生了更高性能的cortex-m4、cortex-m33、cortex-m7以及多核mcu。这些高端mcu速度达到数百mhz，具有浮点运算等数学计算能力，甚至采用了cache技术。其应用范围拓展到了图像处理领域，其性能远远超出传统mcu的标准，模糊了mcu与mpu的边界，目前与mpu的区别仅仅在于高端mcu无mmu（存储器管理单元）部分，无法运行linux/android级别的高级操作系统。
图3：stm32高端mcu h7系列(cortex-m7内核)（图片来源：贸泽电子） 由于这些arm mcu启动与中断系统是一样的，ide也可以是一样的，对于开发工程师而言，选用新的arm mcu的难度要比以前换不同架构mcu轻松很多。 为了解决不同厂商mcu外设的差异化，arm又提出了微控制器软件接口标准（cmsis：cortex microcontroller software interface standard）。在原厂提供的标准驱动库的支持下，设计工程师可以非常轻松的采用不同型号mcu完成设计工作。 时至今日，针对海量需求的低端mcu市场，越来越多的厂商推出了cortex m0/m0+ mcu，价格低至0.1 usd。仅中国大陆地区，就有40家以上的mcu供应商。似乎再没有人会想到用8位mcu去做产品。arm cortex-m核mcu已经完全覆盖了从主频1ghz，带有dram控制器，引脚高达两百多，采用bga封装高端mcu，到主频15mhz，20条腿的低端mcu。 由于arm cortex-m核mcu的普及，也难怪有人用arm来特指mcu。 mcu市场如此的火爆，贸泽官网提供了近45,000个可选料号，并按照其架构分为8位，16位，32位以及arm核mcu。如有需求，相信一定能找到符合您期望的mcu。
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单片机是什么，单片机就是微控制器，一种通过运行编写的程序实现控制功能的芯片，广泛应用于马达控制、人机交互、数据采集、照明、小家电、玩具等各种应用。从事电子行业的人一般称之为mcu，也就是微控制器。现在大家似乎不怎么提单片机这个词，笔者也只记得在大学里有门课叫单片机，有些网络论坛还有单片机板块。单片机这个词似乎只有老工程师会这么说，现在年轻一代的工程师很多直接用arm来指代单片机。
其实单片机的英文名很直接地表达了其本质，single chip machine/microcomputer/microcontroller，其字面理解就是单芯片实现的微电脑、微控制器。其核心就是高度集成化，集成了cpu与存储器，以及外部设备，比如定时器、gpio、spi、iic等等。
图1：典型的混合信号mcu结构（混合信号指模拟与数字外设并存）
（图片来源：silicon labs c8051f数据手册） 由于单片机在一般电子系统中负责控制功能，因而从功能的角度大家又称单片机为微控制器单元，microcontroller unit简称为mcu。 为了统一表达，本文往下用mcu来指代单片机。 目前市面上的mcu根据其cpu系统的指令与数据总线宽度主要分为8位、16位或32位mcu。在早期，各大主流半导体厂商的8位mcu在各细分领域取得了巨大的成功，8位mcu主要分为大名鼎鼎的51核系列和非51系列。
图2：众多8位机内核（图片来源：贸泽电子） 在8位机时代，各厂商的mcu架构各有特色，差异较大，若想熟练掌握某系列mcu的编程技巧，并非易事。一般多采用“祖传”的软件系统架构及驱动代码，很少使用标准rtos，俗称”裸奔“。所以工程师在熟练掌握某系列mcu后，除非迫不得已，绝不愿意使用其他系列的mcu。 32位mcu，得益于32位的指令与数据系统，较8位mcu，其性能更强大，定位为高端mcu。知名的架构有cold fire、mips32、pic32d等。后来nxp、三星、st等厂商推出了32位的arm7内核mcu，作为高端mcu产品，在市场上取得了巨大的成功。直到那时，32位mcu还是以中高端mcu的身份出现在市场，高端mcu的特征有以下几点： 1 跑的快，主频在50mhz以上。 2 集成有大容量的rom与ram，并多带有外部存储器总线。 3 集成有高级外设，比如usb、以太网、lcd控制器等。 再后来针对传统8位/16位mcu市场，st率先推出了arm cortex-m3内核mcu，就是现在处于32位mcu王者地位的stm32系列。stm32系列简单易用，使用高效的ide工具，即使是新手也很容易使用c语言从main（）函数直接编写应用程序，不需要过多考虑系统的启动与中断系统的配置。由于简单易用，市场占有率越来越高，不少8/16位mcu用户都采用cortex-m3内核mcu来升级自己的产品。各主流mcu厂商纷纷推出了arm cortex-m3内核mcu，也就是采用arm cortex-m3内核配上自家传统mcu的外设。 arm cortex-m3 mcu的巨大成功，催生了更高性能的cortex-m4、cortex-m33、cortex-m7以及多核mcu。这些高端mcu速度达到数百mhz，具有浮点运算等数学计算能力，甚至采用了cache技术。其应用范围拓展到了图像处理领域，其性能远远超出传统mcu的标准，模糊了mcu与mpu的边界，目前与mpu的区别仅仅在于高端mcu无mmu（存储器管理单元）部分，无法运行linux/android级别的高级操作系统。
图3：stm32高端mcu h7系列(cortex-m7内核)（图片来源：贸泽电子） 由于这些arm mcu启动与中断系统是一样的，ide也可以是一样的，对于开发工程师而言，选用新的arm mcu的难度要比以前换不同架构mcu轻松很多。 为了解决不同厂商mcu外设的差异化，arm又提出了微控制器软件接口标准（cmsis：cortex microcontroller software interface standard）。在原厂提供的标准驱动库的支持下，设计工程师可以非常轻松的采用不同型号mcu完成设计工作。 时至今日，针对海量需求的低端mcu市场，越来越多的厂商推出了cortex m0/m0+ mcu，价格低至0.1 usd。仅中国大陆地区，就有40家以上的mcu供应商。似乎再没有人会想到用8位mcu去做产品。arm cortex-m核mcu已经完全覆盖了从主频1ghz，带有dram控制器，引脚高达两百多，采用bga封装高端mcu，到主频15mhz，20条腿的低端mcu。 由于arm cortex-m核mcu的普及，也难怪有人用arm来特指mcu。 mcu市场如此的火爆，贸泽官网提供了近45,000个可选料号，并按照其架构分为8位，16位，32位以及arm核mcu。如有需求，相信一定能找到符合您期望的mcu。
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