单片机与嵌入式系统3

单片机和linux嵌入式操作系统区别随着嵌入式行业硬件平台的性能增强，项目需求和功能日益复杂，ARM公司推出的 CORTEX-M3，更是让以往做单片机的工程师在芯片和技术选型面临两难选择，本专题将从芯片价格、整个系统的硬件软件设计及维护的成本等各个方面给您提供一个参考，并从技术角度分析单片机和带操作系统的系统的软件开发的异同点。

● 1.单片机与ARM等新处理器的价格比较● 2.带操作系统与不带操作系统的软件开发的区别● 2.1.驱动开发的区别● 2.2.应用程序开发的区别1. 单片机与ARM等新处理器的价格比较表1自己不熟悉的芯片和技术，最后的成本也可能更高。

2. 带操作系统与不带操作系统的软件开发的区别用通俗的话来说，一个处理芯片不运行操作系统，我们就把它称为单片机，而单片机编程就是写裸板程序，这个程序直接在板子上运行；相对的，另一种程序就是基于操作系统的程序，说得简单点就是，这种程序可以通过统一的接口调用“别人写好的代码”，在“别人的基础上”更快更方便地实现自己的功能。

2.1. 驱动开发的区别驱动开发的区别我总结有两点：能否借用、是否通用。

2.1.1 能否借用基于操作系统的软件资源非常丰富，你要写一个Linux设备驱动时，首先在网上找找，如果有直接拿来用；其次是找到类似的，在它的基础上进行修改；如果实在没有，就要研究设备手册，从零写起。

而不带操作系统的驱动开发，一开始就要深入了解设备手册，从零开始为它构造运行环境，实现各种函数以供应用程序使用。

举个例子，要驱动一块LCD，在单片机上的做法是：①首先要了解LCD的规格，弄清楚怎么设置各个寄存器，比如设置LCD的时钟、分辨率、象素②划出一块内存给LCD使用③编写一个函数，实现在指定坐标描点。

比如根据x、y坐标在这块内存里找到这个象素对应的小区域，填入数据。

基于操作系统时，我们首先是找到类似的驱动，弄清楚驱动结构，找到要修改的地方进行修改。

下面是单片机操作LCD的代码：①初始化：void Tft_Lcd_Init(int type)｛/** 设置LCD控制器的控制寄存器LCDCON1~5* 1. LCDCON1:* 设置VCLK的频率：VCLK(Hz) = HCLK/[(CLKVAL+1)x2]* 选择LCD类型: TFT LCD* 设置显示模式: 16BPP* 先禁止LCD信号输出* 2. LCDCON2/3/4:* 设置控制信号的时间参数* 设置分辨率，即行数及列数* 现在，可以根据公式计算出显示器的频率：* 当HCLK=100MHz时，* Rate =1/[{(VSPW+1)+(VBPD+1)+(LIINEVAL+1)+(VFPD+1)}x* {(HSPW+1)+(HBPD+1)+(HFPD+1)+(HOZVAL+1)}x * {2x(CLKVAL+1)/(HCLK)}]* = 60Hz* 3. LCDCON5:* 设置显示模式为16BPP时的数据格式: 5:6:5* 设置HSYNC、VSYNC脉冲的极性(这需要参考具体LCD 的接口信号): 反转* 半字(2字节)交换使能*/LCDCON1 = (CLKVAL_TFT_320240<<8) | (LCDTYPE_TFT<<5) | \(BPPMODE_16BPP<<1) | (ENVID_DISABLE<<0);LCDCON2 = (VBPD_320240<<24) |(LINEVAL_TFT_320240<<14) | \(VFPD_320240<<6) |(VSPW_320240);LCDCON3 = (HBPD_320240<<19) | (HOZVAL_TFT_320240<<8) | (HFPD_320240);LCDCON4 = HSPW_320240;// LCDCON5 = (FORMAT8BPP_565<<11) | (HSYNC_INV<<9) | (VSYNC_INV<<8) | \// (HWSWP<<1);LCDCON5 = (FORMAT8BPP_565<<11) |(HSYNC_INV<<9) | (VSYNC_INV<<8) | (VDEN_INV << 6) | \(HWSWP<<0);/** 设置LCD控制器的地址寄存器LCDSADDR1~3* 帧内存与视口(view point)完全吻合，* 图像数据格式如下：* |----PAGEWIDTH----|* y/x 0 1 2 239* 0 rgb rgb rgb ... rgb* 1 rgb rgb rgb ... rgb* 1. LCDSADDR1:* 设置LCDBANK、LCDBASEU* 2. LCDSADDR2:* 设置LCDBASEL: 帧缓冲区的结束地址A[21:1]* 3. LCDSADDR3:* OFFSIZE等于0，PAGEWIDTH等于(240*2/2)*/LCDSADDR1 = ((LCDBUFFER>>22)<<21) |LOWER21BITS(LCDBUFFER>>1);LCDSADDR2 = LOWER21BITS((LCDBUFFER+ \(LINEVAL_TFT_320240+1 )*(HOZVAL_TFT_320240+1)*2)>>1);LCDSADDR3 = (0<<11) | (LCD_XSIZE_TFT_320240*2/2);/* 禁止临时调色板寄存器 */TPAL = 0;fb_base_addr = LCDBUFFER;bpp = 16;xsize = 320;ysize = 240;｝②描点：/** 画点* 输入参数：* x、y : 象素坐标* color: 颜色值* 对于16BPP: color的格式为0xAARRGGBB (AA = 透明度),* 需要转换为5:6:5格式* 对于8BPP: color为调色板中的索引值，* 其颜色取决于调色板中的数值*/void PutPixel(UINT32 x, UINT32 y, UINT32 color){UINT8 red,green,blue;switch (bpp){case 16:{UINT16 *addr = (UINT16*)fb_base_addr + (y * xsize + x);red = (color >> 19) & 0x1f;green = (color >> 10) & 0x3f;blue = (color >> 3) & 0x1f;color = (red << 11) | (green << 5) | blue; // 格式5:6:5*addr = (UINT16) color;break;}case 8:{UINT8 *addr = (UINT8 *)fb_base_addr + (y * xsize + x);*addr = (UINT8) color;break;}default:break;}}下面是在Linux的LCD驱动里修改的地方(arch\arm\mach-s3c2440\mach-smdk2440.c)：/* 320x240 */static struct s3c2410fb_mach_info smdk2440_lcd_cfg__initdata = {.regs = {.lcdcon1 = S3C2410_LCDCON1_TFT16BPP | \S3C2410_LCDCON1_TFT | \S3C2410_LCDCON1_CLKVAL(0x04),.lcdcon2 = S3C2410_LCDCON2_VBPD(1) | \S3C2410_LCDCON2_LINEVAL(239) | \ S3C2410_LCDCON2_VFPD(5) | \S3C2410_LCDCON2_VSPW(1),.lcdcon3 = S3C2410_LCDCON3_HBPD(36) | \S3C2410_LCDCON3_HOZVAL(319) | \S3C2410_LCDCON3_HFPD(19),.lcdcon4 = S3C2410_LCDCON4_MVAL(13) | \S3C2410_LCDCON4_HSPW(5),.lcdcon5 = S3C2410_LCDCON5_FRM565 |S3C2410_LCDCON5_INVVLINE |S3C2410_LCDCON5_INVV |S3C2410_LCDCON5_INVVDEN |S3C2410_LCDCON5_PWREN |S3C2410_LCDCON5_HWSWP,},.gpccon = 0xaaaa56aa,.gpccon_mask = 0xffffffff,.gpcup = 0xffffffff,.gpcup_mask = 0xffffffff,.gpdcon = 0xaaaaaaaa,.gpdcon_mask = 0xffffffff,.gpdup = 0xffffffff,.gpdup_mask = 0xffffffff,.fixed_syncs = 1,.type = S3C2410_LCDCON1_TFT,.width = 320,.height = 240,.xres = {.min = 320,.max = 320,.defval = 320,},.yres = {.max = 240,.min = 240,.defval = 240,},.bpp = {.min = 16,.max = 16,.defval = 16,},};这并不表示代码Linux的驱动程序就比单片机的驱动程序好写，怎么在几万个文件中找到要修改的代码，这也是需要艰苦的学习的。

嵌入式与单片机的异同及其发展趋势如果说微型机的出现，使计算机进入到现代计算机发展阶段，那么嵌入式计算机系统的诞生，则标志了计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展时代，从而导致20世纪末，计算机的高速发展时期。

嵌入式计算机系统走上了一条独立发展的单芯片化道路。

它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。

按照历史性、本质性、普遍性要求，嵌入式系统定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。

“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。

对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。

嵌入式系统的特点与定义不同，由定义中的三个基本要素衍生出来的。

不同的嵌入式系统其特点会有所差异。

与“嵌入性”的相关特点：由于是嵌入到对象系统中，必须满足对象系统的环境要求，如物理环境（小型）、电气/气氛环境（可靠）、成本（价廉）等要求。

与“专用性”的相关特点：软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小软、硬件配置等。

与“计算机系统”的相关特点：嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。

与上两个特点相呼应，这样的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。

嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片级（MCU、SoC）。

嵌入式系统与对象系统密切相关，其主要技术发展方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展对象系统要求的外围电路（如ADC、DAC、PWM、日历时钟、电源监测、程序运行监测电路等），形成满足对象系统要求的应用系统。

因此，嵌入式系统作为一个专用计算机系统（满足对象系统要求的计算机应用系统），要不断向计算机应用系统发展。

单片机开创了嵌入式系统独立发展道路.嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，然而，微型计算机的体积、价位、可靠性都无法满足广大对象系统的嵌入式应用要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路——芯片化道路。

单片机技术应用于嵌入式系统随着科技的不断发展，嵌入式系统已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。

嵌入式系统的核心是芯片，而单片机技术则是芯片领域中的一个重要组成部分。

本文主要讨论单片机技术在嵌入式系统中的应用。

一、单片机技术简介单片机技术是指将微处理器、存储器、时钟电路和各种输入输出接口电路集成在一块芯片上的集成电路技术。

相比于使用多个芯片的设计方案，单片机技术可以节省空间和成本，提高系统的可靠性和稳定性。

单片机技术具有以下优点：1. 集成度高：将多个电路模块集成在一起，可以减少电路板的面积，降低系统的功耗。

2. 体积小：单片机芯片越来越小，可以适用于各种小型设备中，如手持设备、智能家居等。

3. 稳定性高：单片机芯片设计精良，可以提高系统的稳定性和可靠性。

4. 易于开发：单片机芯片常用的编程语言如C语言、汇编语言等，易于开发和维护。

二、单片机技术在嵌入式系统中的应用1. 智能家居系统随着智能设备的普及，智能家居系统在家庭生活中的应用越来越广泛。

单片机技术可以应用于智能家居中的各种传感器和控制设备中，如温度传感器、红外线遥控器、空调控制器等。

通过单片机的程序设计，可以实现这些设备之间的联动控制、远程控制等功能。

2. 工业控制系统工业控制系统是一种高要求的嵌入式系统，需要具备高精度、高可靠性、高安全性等特点。

单片机技术可以应用于各种自动化控制设备中，如PLC、电机控制器、传感器等。

通过单片机的程序设计，可以实现自动化生产线的控制和监测、安全控制系统的设计和开发等功能。

3. 智能交通系统智能交通系统是现代城市中不可或缺的一部分，需要具备高精度、高速度、高可靠性等特点。

单片机技术可以应用于各种交通信号灯、交通监测设备、车辆导航系统等中。

通过单片机的程序设计，可以实现交通信号控制、交通流量监测、智能车辆导航等功能。

4. 医疗设备医疗设备是一种对精度和稳定性要求极高的嵌入式系统，需要具备高灵敏度、高精度、高安全性等特点。

通用计算机系统、嵌入式计算机系统和单片机的关系随着科技的不断发展，计算机系统也在不断演进。

目前，计算机系统主要分为三种类型：通用计算机系统、嵌入式计算机系统和单片机。

这三种计算机系统在不同的领域中都有着广泛的应用，它们之间的关系也十分密切。

通用计算机系统是指一种能够完成多种任务的计算机系统，它可以通过软件程序进行任何类型的计算和处理。

通用计算机系统包括个人电脑、服务器、超级计算机等。

个人电脑是最常见的通用计算机系统，它可以用于日常办公、学习、娱乐等多种用途。

服务器是一种可以提供网络服务的计算机系统，它可以用于网站托管、数据库管理等。

超级计算机则是一种能够进行复杂科学计算和模拟的计算机系统，它在天气预报、气候变化、医学研究等领域有着广泛的应用。

嵌入式计算机系统是指嵌入到其他设备中的计算机系统，它通常用于控制和管理设备的各种功能。

嵌入式计算机系统包括智能手机、平板电脑、家用电器、汽车电子等。

智能手机和平板电脑是最常见的嵌入式计算机系统，它们可以进行通信、上网、娱乐等多种功能。

家用电器中的嵌入式计算机系统可以控制电器的开关、温度、湿度等参数。

汽车电子中的嵌入式计算机系统可以控制车辆的安全、舒适、导航等功能。

单片机是一种特殊的计算机系统，它是一种集成电路芯片，包含了处理器、存储器、输入输出接口等功能。

单片机通常用于控制和管理设备的各种功能。

单片机可以用于电子钟表、温度控制器、电子秤等。

单片机与嵌入式计算机系统的区别在于，单片机是一种独立的计算机系统，而嵌入式计算机系统则是嵌入到其他设备中的计算机系统。

通用计算机系统、嵌入式计算机系统和单片机之间的关系可以用下图表示：通用计算机系统、嵌入式计算机系统和单片机之间的关系从图中可以看出，通用计算机系统、嵌入式计算机系统和单片机之间存在一定的联系和区别。

通用计算机系统可以用于各种领域的计算和处理，而嵌入式计算机系统和单片机则主要用于控制和管理设备的各种功能。

嵌入式计算机系统和单片机之间的区别在于，单片机是一种独立的计算机系统，而嵌入式计算机系统则是嵌入到其他设备中的计算机系统。

单片机与嵌入式系统了解嵌入式系统的基本原理单片机与嵌入式系统：了解嵌入式系统的基本原理嵌入式系统 (Embedded System) 是指以特定功能为目标的微型电子计算机系统，通常被嵌入到智能设备、工业控制系统和消费电子产品中。

单片机作为嵌入式系统的核心，在各行各业都发挥着重要的作用。

本文将从嵌入式系统的基本原理出发，深入探讨单片机与嵌入式系统的关系以及其基本工作原理。

一、嵌入式系统的定义与应用领域嵌入式系统是指将计算机技术与其他学科交叉应用，在特定用途智能化设备中实现控制和处理功能的计算机系统。

它通常具有专用、定制、功能强大和体积小的特点，应用领域广泛，如消费电子产品、汽车控制、工业控制、医疗设备等。

二、嵌入式系统的基本组成1.硬件部分嵌入式系统的硬件部分包括中央处理器 (CPU)、存储器、输入输出设备、时钟电路、外围接口等。

其中，单片机作为嵌入式系统的核心部件，集成了大量的功能单元，包括中央处理器、存储器、定时器、通信接口等。

2.软件部分嵌入式系统的软件部分通常包括操作系统、应用程序和驱动程序。

操作系统负责管理硬件资源，提供给应用程序一个良好的运行环境。

应用程序则实现具体的功能需求，可以通过编程语言编写完成。

驱动程序用于控制与硬件相关的操作，确保硬件能够正常工作。

三、单片机与嵌入式系统的关系单片机是一种集成了微处理器、存储器、定时器和通信接口等功能单元的芯片，它是嵌入式系统的核心组成部分。

嵌入式系统通过单片机实现对外界环境感知、数据采集、数据处理和控制等功能。

单片机的出现，使得嵌入式系统具备了更高的集成度、更低的功耗和更高的性能。

四、单片机的基本工作原理1.指令执行过程单片机通过时钟信号驱动，按照程序存储器中的指令逐条执行。

每条指令包括操作码和操作数两部分，操作码表示指令的功能，操作数表示指令的操作对象。

单片机通过解码器解码指令，并执行相应的操作。

2.存储器管理单片机的存储器通常包括程序存储器和数据存储器。

单片机应用与嵌入式系统单片机是一种集成电路，它包含了处理器、内存和输入输出设备等的全部电子元件。

它通常被用于嵌入式系统中，以控制和管理各种电子设备和系统。

本文将探讨单片机的应用和嵌入式系统的相关知识。

一、单片机的应用领域单片机的应用十分广泛，主要用于以下领域：1. 家用电器控制：单片机可以用于实现家用电器的控制和管理，如空调控制、照明系统、智能家居等。

2. 工业自动化：在工业控制领域，单片机可以用于控制生产线、输送系统、传感器和执行器等，实现自动化和智能化。

3. 汽车电子系统：单片机在汽车电子系统中扮演着重要角色，如发动机控制单元(ECU)、车载导航、车载娱乐系统等。

4. 医疗设备：单片机在医疗设备中具有广泛的应用，如血压计、体温计、心电图仪等，可以实现数据采集和控制功能。

5. 通信设备：单片机在通信设备中的应用包括无线路由器、手机、蓝牙设备等，实现数据传输和通信功能。

二、嵌入式系统的概念和特点嵌入式系统是指嵌入到其他设备或系统中的计算机系统，它们通常具有以下特点：1. 实时性要求：嵌入式系统通常需要实时响应，即时处理输入和输出数据，如工控系统、医疗设备等。

2. 资源受限：嵌入式系统通常具有资源受限的特点，如内存容量、处理能力、功耗等方面的限制。

3. 高可靠性：嵌入式系统通常要求具有高可靠性和稳定性，能够长时间工作并保证系统的正确性。

4. 紧凑型设计：嵌入式系统通常需要尽可能小巧和节省空间，以适应特定的应用环境。

5. 低功耗：嵌入式系统通常需要具有低功耗，以延长电池寿命或节约能源。

三、单片机在嵌入式系统中的应用单片机在嵌入式系统中具有重要作用，其应用包括但不限于以下几个方面：1. 数据采集和处理：单片机可以用于采集和处理各种传感器数据，如温度、湿度、光线等，实现实时数据处理和控制。

2. 环境监测和控制：通过单片机，可以实现对环境参数的监测和控制，如温控系统、湿度控制系统等。

3. 自动控制和调节：单片机可以用于实现自动控制和调节功能，如电机驱动、自动灯光控制等。

单片机原理及其在嵌入式系统中的应用单片机（Microcontroller Unit，简称MCU）作为一种高度集成、功能强大的微型计算机，已经广泛应用于各个领域的嵌入式系统中。

本文将介绍单片机的基本原理，并探讨其在嵌入式系统中的应用。

一、单片机的基本原理单片机是一种集成电路芯片，包含了中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）、存储器、输入输出（Input/Output，简称I/O）接口和定时器等功能单元，可实现控制和运算等任务。

1. CPU单片机的CPU负责执行指令集，并完成数据处理和运算等任务。

它由控制器和算术逻辑单元组成，能够实现各种运算和逻辑操作。

2. 存储器单片机的存储器包括程序存储器（Program Memory）和数据存储器（Data Memory）。

程序存储器用于存储指令集和程序代码，数据存储器则用于存储数据和变量。

3. I/O接口单片机通过输入输出接口与外部设备进行数据交互。

它可以读取外部传感器的数据，控制外部执行器的动作，并与其他设备进行通信等。

4. 定时器单片机的定时器用于计时和生成时序信号，可以实现精确的时间控制和周期性操作。

二、单片机在嵌入式系统中的应用单片机在嵌入式系统中具有广泛的应用，下面将介绍其中几个典型的应用案例。

1. 家电控制系统单片机可以用于家电控制系统，如空调、洗衣机和电视等。

通过连接传感器和执行器，单片机可以实时检测环境温度、湿度等参数，并根据设定的逻辑和算法控制家电设备的工作。

2. 汽车电子系统单片机在汽车电子系统中的应用十分广泛。

它可以用于发动机控制单元（Engine Control Unit，简称ECU）、车身控制单元（Body Control Module，简称BCM）以及车载娱乐系统等。

通过单片机的处理能力，能够实现引擎管理、防盗控制、车辆诊断等功能。

3. 工业自动化系统在工业自动化领域，单片机被广泛应用于传感器数据采集、运动控制和过程控制等方面。