基本介紹
嵌入式系統由硬件和軟件組成．是能夠獨立進行運作的器件。其軟件內容只包括軟件運行環境及其操作系統。硬件內容包括信號處理器、存儲器、通信模塊等在內的多方面的內容。相比于一般的計算機處理系統而言，嵌入式系統存在較大的差異性， 它不能實現大容量的存儲功能，因為沒有與之相匹配的大容量介質，大部分采用的存儲介質有E-PROM、EEPROM 等， 軟件部分以API編程接口作為開發平臺的核心。MCU、DSP、FPGA這些都屬于嵌入式系統的范疇，是為了實現某一目的而使用的工具。
MCU俗稱”單片機“經過這么多年的發展，早已不單單只有普林斯頓結構的51了，性能也已得到了很大的提升。因為MCU必須順序執行程序，所以適于做控制，較多地應用于工業。而ARM本是一家專門設計MCU的公司，由于技術先進加上策略得當，這兩年單片機市場份額占有率巨大。ARM的單片機有很多種類，從低端M0(小家電)到高端A8、A9(手機、平板電腦)都很吃香，所以也不是ARM的單片機一定要上系統，關鍵看應用場合。
DSP叫做數字信號處理器，它的結構與MCU不同，加快了運算速度，突出了運算能力。可以把它看成一個超級快的MCU。低端的DSP，如C2000系列，主要是用在電機控制上，不過TI公司好像稱其為DSC(數字信號控制器)一個介于MCU和DSP之間的東西。高端的DSP，如C5000/C6000系列，一般都是做視頻圖像處理和通信設備這些需要大量運算的地方。
FPGA叫做現場可編程邏輯陣列，本身沒有什么功能，就像一張白紙，想要它有什么功能完全靠編程人員設計(它的所有過程都是硬件，包括VHDL和Verilog HDL程序設計也是硬件范疇，一般稱之為編寫“邏輯”。)。如果你夠NB，你可以把它變成MCU，也可以變成DSP。由于MCU和DSP的內部結構都是設計好的，所以只能通過軟件編程來進行順序處理，而FPGA則可以并行處理和順序處理，所以比較而言速度最快。
因為MCU、DSP的內部結構都是由IC設計人員精心設計的，在完成相同功能時功耗和價錢都比FPGA要低的多。
而且FPGA的開發本身就比較復雜，完成相同功能耗費的人力財力也要多。所以三者之間各有各的長處，各有各的用武之地。但是目前三者之間已經有融合的態勢，ARM的M4系列里多加了一個精簡的DSP核，TI的達芬奇系列本身就是ARM+DSP結構，ALTERA和XINLIX新推出的FPGA都包含了ARM的核在里面。所以三者之間的關系是越來越像三基色的三個圓了。
主流單片機特性介紹
1、51單片機
1.從內部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統，稱作位處理器，處理對象不是字或字節而是位。不但能對片內某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應手。
2. 同時在片內RAM區間還特別開辟了一個雙重功能的地址區間，使用極為靈活，這一功能無疑給使用者提供了極大的方便。
3. 乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調用，十分不便。
2、MSP430單片機
1.強大的處理能力，采用了精簡指令集(RISC)結構，具有豐富的尋址方式( 7 種源操作數尋址、 4 種目的操作數尋址)、簡潔的 27 條內核指令以及大量的模擬指令;大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算;還有高效的查表處理指令;有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅動下指令周期為 125 ns 。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。
2.在運算速度方面，能在 8MHz 晶體的驅動下，實現 125ns 的指令周期。16 位的數據寬度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能實現乘加)相配合，能實現數字信號處理的某些算法(如 FFT 等)。
3.超低功耗方面，MSP430 單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。電源電壓采用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時鐘條件下運行時， 芯片的電流會在 200~400uA 左右，時鐘關斷模式的最低功耗只有 0.1uA。
3、TMS單片機
1.內核：ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz，單周期乘法和硬件除法。
2.存儲器：片上集成32-512KB的Flash存儲器。6-64KB的SRAM存儲器。
3.時鐘、復位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅動電壓。POR、PDR和可編程的電壓探測器(PVD)。4-16MHz的晶振。內嵌出廠前調校的8MHz RC振蕩電路。內部40 kHz的RC振蕩電路。用于CPU時鐘的PLL。帶校準用于RTC的32kHz的晶振。
4、調試模式：串行調試(SWD)和JTAG接口。最多高達112個的快速I/O端口、最多多達11個定時器、最多多達13個通信接口。
4、PIC單片機
1.具有低工作電壓、低功耗、驅動能力強等特點。PIC系列單片機的I/O口是雙向的,其輸出電路為CMOS互補推挽輸出電路。I/O腳增加了用于設置輸入或輸出狀態的方向寄存器,從而解決了51系列I/O腳為高電平時同為輸入和輸出的狀態。
2.當置位1時為輸入狀態,且不管該腳呈高電平或低電平,對外均呈高阻狀態;置位0時為輸出狀態,不管該腳為何種電平,均呈低阻狀態,有相當的驅動能力,低電平吸入電流達25mA,高電平輸出電流可達20mA。相對于51系列而言,這是一個很大的優點。
3.它可以直接驅動數碼管顯示且外電路簡單。它的A/D為10位,能滿足精度要求。具有在線調試及編程(ISP)功能。
5、AVR單片機
1.AVR系列沒有類似累加器A的結構,它主要是通過R16～R31寄存器來實現A的功能。在AVR中,沒有像51系列的數據指針DPTR,而是由X(由R26、R27組成)、Y(由R28、R29組成)、Z(由R30、R31組成)三個16位的寄存器來完成數據指針的功能(相當于有三組DPTR),而且還能作后增量或先減量等的運行，而在51系列中,所有的邏輯運算都必須在A中進行;而AVR卻可以在任兩個寄存器之間進行,省去了在A中的來回折騰,這些都比51系列出色些。
2.AVR的專用寄存器集中在00～3F地址區間,無需像PIC那樣得先進行選存儲體的過程,使用起來比PIC方便。
AVR的片內RAM的地址區間為0～00DF(AT90S2313)和0060～025F(AT90S8515、AT90S8535),它們占用的是數據空間的地址,這些片內RAM僅僅是用來存儲數據的,通常不具備通用寄存器的功能。當程序復雜時,通用寄存器R0～R31就顯得不夠用;而51系列的通用寄存器多達128個(為AVR的4倍),編程時就不會有這種感覺。
3.AVR的I/O腳類似PIC,它也有用來控制輸入或輸出的方向寄存器,在輸出狀態下,高電平輸出的電流在10mA左右,低電平吸入電流20mA。這點雖不如PIC,但比51系列還是要優秀的…
6、STC單片機
1.下載燒錄程序用串口方便好用，容易上手，擁有大量的學習資料及視頻，最著名的要屬于杜老師的那個視頻了，好多對單片機有興趣的朋友都是通過這個視頻入門的，同時具有寬電壓：5.5～3.8V，2.4～3.8V, 低功耗設計：空閑模式，掉電模式(可由外部中斷喚醒)。
2.STC單片機具有在應用編程，調試起來比較方便;帶有10位AD、內部EEPROM、可在1T/機器周期下工作，速度是傳統51單片機的8~12倍，價格也較便宜。
3.4通道捕獲/比較單元，STC12C2052AD系列為2通道，也可用來再實現4個定時器或4個外部中斷，2個硬件16位定時器，兼容普通8051的定時器。4路PCA還可再實現4個定時器，具有硬件看門狗、高速SPI通信端口、全雙工異步串行口,兼容普通8051的串口，同時還具有先進的指令集結構，兼容普通8051指令集。
7、Freescale單片機
1.全系列：從低端到高端，從8位到32位全系列應有盡有，其推出的8位/32位管腳兼容的QE128，可以從8位直接移植到32位,彌補單片機業界8/32 位兼容架構中缺失的一環。
2.多種系統時鐘模塊：三種模塊，七種工作模式。多種時鐘源輸入選項，不同的mcu具有不同的時鐘產生機制，可以是RC振蕩器，外部時鐘或晶振，也可以是內部時鐘，多數CPU同時具有上述三種模塊!可以運行在FEI，FEE，FBI，FBILP，FBE，FBELP，STOP這七種工作模式。
3.多種通訊模塊接口：Freescale單片機幾乎在內部集成各種通信接口模塊：包括串行通信接口模塊SCI，多主I2C總線模塊,串行外圍接口模塊 SPI，MSCAN08控制器模塊，通用串行總線模塊(USB/PS2)。
4.具有更多的可選模塊：具有LCD驅動模塊，帶有溫度傳感器，具有超高頻發送模塊，含有同步處理器模塊，含有同步處理器的MCU還具有屏幕顯示模塊OSD，還有少數的MCU具有響鈴檢測模塊RING和雙音多頻/音調發生器DMG模塊。
5.可靠性高，抗干擾性強，多種引腳數和封裝選擇。
6.低功耗、也許Freescale系列的單片機的功耗沒有MSP430的低，但是他具有全靜態的“等待”和“停止”兩種模式，從總體上降低您的功耗!新近推出的幾款超低功耗已經與MSP430的不相上下!
策底搞清單片機、ARM、MCU、DSP、FPGA之間的關系
時間：2023-10-20 來源：華清遠見
