本文已参与「新人创作礼」活动，一起开启掘金创作之路。

1. 引言

文章主要对单片机嵌入式系统，谈一下有关嵌入式系统的架构。因网上的资料较少，本人在学习的过程中，收集到的一些资料和见解，现记录下来。嵌入式系统离不开硬件，软件依赖与硬件，所以此系列首先着重于在硬件上列出同类的区别，再谈选型，才称得上架构第一步。

2. 嵌入式的主控MCU选型

微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机。就是我们常说的主控芯片。

2.1 操作处理数据位8位、16位、32位区别

按其基本操作处理的数据位数分类：分为1位、4位、8位、16位、32位甚至64位单片机。平时较多使用8位，16位和32位的单片机。这位数是指CPU处理的数据的宽度，参与运算的寄存器的数据长度。直观的说明，例如：C语言中定义一个int型变量，在8位的系统中，一次只能处理8位数据，int型变量占用两个字节，就需要两个寄存器来操作。对比32位的系统，一次能处理32位数据，int型变量占用4个字节，只需要一个寄存器操作。简单说32位的系统会比8位系统处理能力有显著的优势。

1. 8位MCU工作频率在16~50MHz之间，强调简单效能、低成本应用，在目前MCU市场总值仍有一定地位，而不少MCU业者也持续为8bit MCU开发频率调节的节能设计，以因应绿色时代的产品开发需求。
2. 16位MCU，则以16位运算、16/24位寻址能力及频率在24~100MHz为主流规格，部分16bit MCU额外提供32位加/减/乘/除的特殊指令。由于32bit MCU出现并持续降价及8bit MCU简单耐用又便宜的低价优势下，夹在中间的16bit MCU市场不断被挤压，成为出货比例中最低的产品。
3. 32位MCU可说是MCU市场主流，单颗报价在1.54美元之间，工作频率大多在100350MHz之间，执行效能更佳，应用类型也相当多元。但32位MCU会因为操作数与内存长度的增加，相同功能的程序代码长度较8/16bit MCU增加30~40%，这导致内嵌OTP/FlashROM内存容量不能太小，而芯片对外脚位数量暴增，进一步局限32bit MCU的成本缩减能力。

2.2 存储器类型

按其存储器类型可分为无片内ROM型和带片内ROM型两种。对于无片内ROM型的芯片，必须外接EPROM才能应用（典型芯片为8031）。带片内ROM型的芯片又分为片内EPROM型（典型芯片为87C51）、MASK片内掩模ROM型（典型芯片为8051）、片内FLASH型（典型芯片为89C51）等类型。

而存储器的结构可分为哈佛（Harvard）结构和冯.诺依曼（Von Neumann）结构。现在的单片机绝大多数都是基于冯·诺伊曼结构的，这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分：一个中央处理器核心，程序存储器（只读存储器或者闪存）、数据存储器（随机存储器）、一个或者更多的定时/计时器，还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出端口，所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。

片内的存储器多用于可执行程序的存储。对存储器的要求，需要先对可执行程序的大小做个评估，如果使用BootLoader，则需要考虑两个程序的大小。Bootloader的程序设计一般使用一下两种：

1. 在Bootloader程序里对应用程序的升级。
2. 在应用程序先将待升级的程序放在备份区，然后系统重启后，把备份区的程序升级。相比第一种优势可以防止升级过程出现错误导致程序崩溃，但是需要多一个程序存储的空间。

（题外话：需考虑升级过程中，数据错误的处理）

另需要考虑产品是否需要对数据存储，存储的大小，然后考虑是否选择片内空间更大的芯片，或者使用空间小的芯片加外部存储器。

2.3 ARM7，ARM9和ARM11概念

我们常用的STM32F1系列其实是基于ARM的Cortex-M3内核，而Cortex-M3处理器采用的是ARMv7-M(增强型ARM7)架构。

这里有一文章，详细的写出了ARM内核的区别和各种内核的解析。 ARM内核全解析，从ARM7,ARM9到Cortex-A7,A8,A9,A12,A15到Cortex-A53,A57_sagane的专栏-CSDN博客

下面这个文章写的是Cortex-M家族的差异。 一文看懂ARM Cortex-M处理器

本文这里着重写的选型，我们在对MCU选型需要考虑到（不全）：

1. 是否需要linux系统，linux系统需要MMU（它主要包括两个功能：一是支持虚拟/物理地址映射，二是提供不同存储器地址空间的保护机制）的支持，所以不具备MMU的芯片是不支持linux系统。
2. 是否需要硬件FPU浮点运算。
3. 是否需要低功耗模式。
4. 支持的中断。
5. 芯片的面积大小，封装类型。
6. 等等。

2.4 其他

具体项目，具体考虑。对不同的项目，需要的外设也是不同，需要支持的接口也可能不同。

1. 串口的数量。
2. 是否需要DMA。
3. 是否需要CAN接口。
4. 是否需要SDRAM。
5. 等等。