谈谈你对单片机的认识?

成长网 2023-01-11 16:31 编辑:admin 203阅读

从大一的时候在大学图书馆看到关于AVR单片机的书籍,到参加竞赛、工作,我和单片机已经打了六七年的交道了吧。其间我都是在做产品的软件开发,与硬件工程师合作,根据需求选择合适的单片机型号和外围器件,完成代码编写。积累了一点对单片机选型、特点的认识。

所以这篇想谈谈关于单片机特点和选型。

单片机

MCU,微处理器,他有很多名字,但是我还是喜欢叫他单片机,因为他就是单单的一片,没什么其他的模块,一片里面就集成了CPU,RAM、ROM等,冯·诺依曼必有的结构单元。只要外部给他晶振,给他电源,他就能像计算机一样工作起来。高级一点的单片机内部RC就能起振,外部晶振都可以免去,只要外部给个稳定的3.3V,就可以工作。

单片机设备做的可以有多小?看到老外玩的蚊子飞机,就知道了,大学的时候非常的震惊,也是这样,让我对飞行器着迷不已。

听过一个趣闻,就是为什么一个字节是8个BIT,而不是12个?据说是最早的芯片,因为工艺限制了,只能有八个引脚,想要更多的引脚怎么办,多用几个八脚芯片就好了,于是1个字节对应一个芯片,一个芯片的八个脚对应八个比特就顺理成章了。

计算机的技术从来都是往两个方向发展的,一个是计算速度快,资源多,同时可处理的事件多,相对应的,功耗大,体积大。一个就是计算速度慢,资源少,但是价格低廉,体积小,功耗低。

前者所发展而来的就是咱们的计算机,WINDOWS\LINUX操作系统,后者就是单片机系统了,各种嵌入式操作系统。手机的范畴有点迷了,我还是愿意把手机放在单片机系统这个层面来看。

在从业人数规模来看,前者发展出来的计算机,软件编程带动了多少人的就业,我们把这从事这职业的人叫做“码农”,他们的工作就是在前人对计算机一层一层又一层的封装下,进行针对应用的开发。顶层软件层的开发需要,促成JAVA、C#、PYTHON这样的语言出现,这些语言本身不涉及底层,只是调用底层的接口函数。显而易见的,想通过JAVA让计算机主板发出一个方波信号出来,是何等困难,但对应的是用JAVA在通用电脑屏幕上显示一串数字是何等的简单。

后者单片机,开发的人数就不如通用计算机了,单片机资源少,可用的“轮子”少,啥玩意都需要自己自力更生。能快速的发出方波,如果有DDS芯片的话,可以调制出正弦波,等等通用主机模块做不到的功能。更加的自定义!缺陷的话,显而易见的,想通过单片机在屏幕上显示一串HELLO WORLD字符,那得是进阶的人才能做到的咯!

所以单片机软件开发不是“纯软件”开发,也需要对硬件有相当的学习,对数字电路、模拟电路也要了解才行。这一行门槛高,很难速成,一定是慢慢积累~

是否“裸奔”

裸奔,顾名思义就是单片机穿不穿衣服?衣服是啥,操作系统呗!

选单片机的时候,根据需求不同,首先要选此单片机是否需要跑操作系统,还是裸奔。

· 当需要用复杂协议栈的时候,操作系统变得非常有用。

例如,希望咱们的单片机可以连互联网,通过网线联网,或者通过WIFI信号联网,那么多半需要运行操作系统,如果不跑操作系统也行,但是工作量很大,不稳定。

工程师需要比方案,咱们比比方案。

1 、开源的RTOS几乎都提供TCP/IP协议栈,社区的开源代码经过很多人,很多年的稳定运行。

2、自己写TCP/IP协议栈,嵌入到裸奔工程中,稳定性未知,BUG数量未知。

两个方案肯定选择前者,笔者自己试过在ENC28J60网卡芯片上自己硬刚协议栈,其中艰难不言而喻,到最后还是妥协选择开源社区。

·当需要运行多个复杂任务的时候,操作系统很有用

操作系统提供TASK机制,消息管理机制,如果上位机编程经验的人,对线程会有很深刻的理解,不同的TASK就是不同的线程。有了TASK机制,对任务的管理就会方便的多。好像安卓系统运行起来了,咱们可以用JAVA为他随时增加新功能,下个APK包,安装就好了,对吧。

什么时候,我会选择裸奔单片机?

裸奔有裸奔的好处,笔者怕黑。认为“上位机”开发人员之所以天天加班,有干不完的事,改不完的BUG,最大的原因就是“黑”。黑盒子太多了。黑盒子指的是一个程序块,这个程序块你压根不知道他是怎么实现的,你只知道他提供什么功能,至于自己是不是正确的调用了黑盒子的接口,你只能通过文档去看,然后就不断不断的试错,效率极低。所以很多时候大神上位机开发人员,是对黑盒子(某语言提供的对象、方法)有深刻掌握的人!

裸奔的单片机不一样,如果你愿意,启动时的汇编代码都可以自己写,配置好时钟,配置好各样的寄存器,所有的代码都是你自己写的,出了问题自己找,自己的代码还找不出原因,那就废了。如果你觉得C语言也是黑盒子,为了躲避C语言开发者给你留的坑,你甚至可以用汇编写代码,当然这个我不推荐了,C语言很棒,bug很少。裸奔开发,你眼前唯一的黑盒子就是硬件是如何实现的,也只有硬件能坑你一把。

不言而喻,裸奔的单片机代码,虽然简单,但是所能做的功能也会有局限。

裸奔的话,联网什么的别想了。

所以如果需求比较简单,一定裸奔,需求困难,就跑操作系统。

什么单片机支持操作系统?

理论上,只要ROM/RAM资源足够,所有的单片机都可以执行嵌入式操作系统,但是,不是所有人都有移植操作系统的能力。

新手还是得靠厂家帮你移植操作系统,所以选单片机的时候,得问一下,上网查一下,它支持哪些操作系统?

以TI的 CC2640为例,这玩意支持TI自家的嵌入式操作系统 TI-RTOS,好用!

裸奔的话,所有单片机都能裸奔,毕竟不穿衣服谁不会啊~

温度特性

注意要看设计产品的工作温度区间,是民用级,还是军工级,有些单片机芯片高低温实验过不了的,会出现代码起飞,内部FLASH莫名丢几个等这些问题,不要等代码写好,送去拿证了,过不了高低温,被老板骂~

低功耗特性

芯片是否有较好的休眠模式,老牌的芯片厂家都非常注重硬件低功耗模式,提出了各种各样的睡眠方式,TI就是把低功耗做的很好的厂家。如果是设计电池供电的产品,一定要考虑低功耗。低功耗更多需要代码去优化,这看一个软件工程师的水平~

一个纽扣电池,产品用一年,那就太牛了!

开发环境

喜欢IAR还是MDK?笔者喜欢IAR多一点,感觉界面很硬朗,MDK的话显得像是在写上位机软件~CORTEX Mx系列的单片机多半都是用MDK开发的,STM32算是明星级产品了。TI的产品大多是用IAR。所以哪个开发环境你更熟悉,也可以作为考虑范畴。

芯片是否冷门?

STM32的技术支持是真的多,资料满天飞,所以如果对自己读DATASHEET的能力有所怀疑的话,一定要选类似STM32这样的popular芯片。

选冷门芯片是对自己的很大挑战,你会发现百度问题几乎没人答,你得写英文e-mail给原厂工程师,满心欢喜克服语言困难写完,他也不会理你。你得翻墙去国外论坛找资料。但是一旦你开发好,你会成就感爆棚,也会觉得,单片机不过如此~然后写一些关于这个芯片的CSDN文章,帮助建设社区!

学生的话可以推荐尝试尝试,工作的就算了,都996了别升级007咯~

最近的状态

大学的时候,对单片机,对飞行器的热情,我都在年复一年,日复一日的工作中慢慢淡去了。现在我唯一想的就是努力把产品做好,卖到世界的各个角落,这也算change world的一种方式吧~嘿嘿,自己给自己熬点鸡汤,愿明天会好~

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