單片機和嵌入式，其實沒有什么標準的定義來區分他們，對于進行過單片機和嵌入式開發的開發者來說，都有他們自己的定義，接下來，就談談這兩個概念的理解。
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什么是單片機
首先明確概念，什么是單片機，單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有資料處理能力的中央處理器CPU、隨機存盤器RAM、只讀存盤器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計數器等功能(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統，廣泛應用在工業控制領域。
從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發展到現在的300M的高速單片機。比如最經典的51系列單片機，外觀只是一塊一個拇指大小的長方體芯片，共40個引腳，里面包含了邏輯運算單元。實際上也就是一個CPU。
在最開始接觸單片機的時候，還曾經有過一個疑問，為什么單片機是黑色的而不可以是別的顏色，后來才知道是單片機材料的限制。
對單片機而言，其實一個芯片就是全部，其他的比如單片機最小系統都是為了單片機的正常運作而加入，比如晶振，5v電源，電感電阻等。當然最小系統只能保證單片機正常運行，幾乎實作不了基于單片機的任何應用。
為了使單片機實作應用，必須要加入其他外設。比如按鍵，led燈，led屏，蜂鳴器，各種sensor。這也就是市面上很多公司都在做的單片機開發板。
總結，單片機就是完成運算、邏輯控制、通信等功能的單一模塊。也就是單片機真的姓“單”。DSP芯片也可以認為是一個單片機。當然它們性能很強大，但是功能依然很單一，總之就是處理資料、邏輯。
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什么是嵌入式
那么什么是嵌入式呢，一般說嵌入式都是指嵌入式系統，IEEE(InsTItuteof Electrical and ElectronicsEngineers，美國電氣和電子工程師協會)對嵌入式系統的定義：“用于控制、監視或者輔助操作機器和設備的裝置”。
嵌入式系統是一種專用的計算機系統，作為裝置或設備的一部分。通常，嵌入式系統是一個控制程式存盤在ROM中的嵌入式處理器控制板。
嵌入式系統是將應用程式、作業系統、和計算機硬體連接在一起的系統，是指以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬體可裁剪，其針對的用戶應用對功能、可靠性、成本、體積、功耗和使用環境有特殊要求的專用計算機系統。
事實上，所有帶有數字介面的設備，如手表、微波爐、錄像機、汽車等，都使用嵌入式系統，有些嵌入式系統還包含作業系統，但大多數嵌入式系統都是由單個程式實作整個控制邏輯。這是因為嵌入式系統一般用于工業控制，也就是說對外設的控制都是寫死的，并不需要人工干預，同時也為了保證系統的穩定和可靠。
我們經常可以聽到公司招聘的要求是嵌入式軟體工程師或者嵌入式硬體工程師，也就是說嵌入式系統包括軟體和硬體，其實仔細想想也能明白，都已經跑系統了，當然有軟體也有bsp硬體。
也就是說嵌入式系統是軟硬體結合體，國內普遍認同的嵌入式系統定義為：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬體可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。
03
嵌入式的硬體層
硬體層中包含嵌入式微處理器、存盤器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用設備介面和I/O介面(A/D、D/A、I/O等)。在一片嵌入式處理器基礎上添加電源電路、時鐘電路和存盤器電路，就構成了一個嵌入式核心控制模塊。其中作業系統和應用程式都可以固化在ROM中。
其中核心就是微處理器，嵌入式處理器和一般的電腦CPU還有區別，嵌入式微處理器大多作業在特定設計的系統中，比如TI或者Atmel公司都有很多定位不同的處理器，atmel的SAM系列是專門為物聯網設計的，AVR則由于性能突出，廣泛應用于工業領域。
嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和資料總線寬度，或集成了不同的外設和介面。據不完全統計，全世界嵌入式微處理器已經超過1000多種，體系結構有30多個系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。
但與全球PC市場不同的是，沒有一種嵌入式微處理器可以主導市場，僅以32位的產品而言，就有100種以上的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器的選擇是根據具體的應用而決定的。
在嵌入式領域，可以說ARM架構的處理器占據了半壁江山，而ARM公司也成為著名的科技公司，而它卻沒有生產任何處理器，而只是提供了IP，可以看出一流公司做標準。而其他用的比較多的架構就是MIPS,sparc、powerpc等。
比如ARM公司有各種各樣的處理器架構，最經典的cortex系列，它屬于ARMv7架構，這是到2010年為止ARM公司最新的指令集架構。ARMv7架構定義了三大分工明確的系列：“A”系列面向尖端的基于虛擬記憶體的作業系統和用戶應用；“R”系列針對實時系統；“M”系列對微控制器。
嵌入式系統和外界互動需要一定形式的通用設備介面，如A/D、D/A、I/O等，外設通過和片外其他設備的或傳感器的連接來實作微處理器的輸入/輸出功能。每個外設通常都只有單一的功能，它可以在芯片外也可以內置芯片中。外設的種類很多，可從一個簡單的串行通信設備到非常復雜的802.11無線設備。
嵌入式系統中常用的通用設備介面有A/D(模/數轉換介面)、D/A(數/模轉換介面)，I/O介面有RS-232介面(串行通信介面)、Ethernet(以太網介面)、USB(通用串行總線介面)、音頻介面、VGA視頻輸出介面、I2C(現場總線)、SPI(串行外圍設備介面)和IrDA(紅外線介面)等。這一點其實和單片機類似。
04
嵌入式的軟體層
也就是作業系統了，包括內核和檔案系統，還有就是更為頂層的應用程式，嵌入式作業系統一般都是Linux或者其他類Unix，還有一些實時作業系統(RTOS)比如VxWorks、RTEMS、ucOS等。
其中Linux還包括不同的distribuTIon，比如Ubuntu、Redhat、Debian、centos等，他們都是采用Linux的內核，不同的是上面的software和tools，當然不用太過于擔心標準問題，這些Linux發行版選擇的軟體幾乎都是比較通用的，比如網頁服務器的Apache、電子郵件服務器的postfix、sendmail、檔案服務器的Samba等。此外還有Linuxstandard base等標準來規范開發者。類Unix主要是FreeBSD以及Solaris等。
嵌入式領域最常用的之一是實時作業系統，實時作業系統的核心就是實時性，本質就是任務處理所花費的時間的可預測性，即任務需要在規定時限內完成。IEEE對實時系統的定義是“那些正確性不僅取決于計算的邏輯結果也取決于產生結果所花費時間的系統”。
實時作業系統有硬實時和軟實時之分，硬實時要求在規定的時間內必須完成操作，這是在作業系統設計時保證的; 軟實時則只要按照任務的優先級，盡可能快地完成操作即可。我們通常使用的作業系統在經過一定改變之后就可以變成實時作業系統。
實時作業系統和Linux這種分時作業系統的區別列舉如下：
(1)多路性。實時資訊處理系統與分時系統一樣具有多路性。系統按分時原則為多個終端用戶服務; 而對實時控制系統，其多路性則主要表現在經常對多路的現場資訊進行采集以及對多個物件或多個執行機構進行控制。
(2)獨立性。實時資訊處理系統與分時系統一樣具有獨立性。每個終端用戶在向分時系統提出服務請求時，是彼此獨立的操作，互不干擾;而在實時控制系統中資訊的采集和對物件的控制，也彼此互不干擾。
(3)及時性。實時資訊系統對實時性的要求與分時系統類似，都是以人所能接受的等待時間來確定;而實時控制系統的及時性，則是以控制物件所要求的開始截止時間或完成截止時間來確定的，一般為秒級、百毫秒級直至毫秒級，甚至有的要低于100微秒。
(4)互動性。實時資訊處理系統具有互動性，但這里人與系統的互動，僅限于訪問系統中某些特定的專用服務程式。它不像分時系統那樣能向終端用戶提供資料處理服務、資源共享等服務。
(5)可靠性。分時系統要求系統可靠，相比之下，實時系統則要求系統高度可靠。因為任何差錯都可能帶來巨大的經濟損失甚至無法預料的災難性后果。因此，在實時系統中，采取了多級容錯措施來保證系統的安全及資料的安全。
由于更加可靠和及時。嵌入式實時作業系統更加廣泛應用于工業控制、航空航天、軍工等領域，比如美國航天局NASA近幾年發射的火星探測器等都是采用的RTEMS實時作業系統。
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嵌入式的中間層
所謂的中間層就是軟體層和硬體層之間的介面層，其實嚴格而言也屬于軟體層。一般開發者稱之為BSP，這一層主要負責的是向下提供硬體的驅動，硬體的配置等操作，向上則向軟體開發者提供標準API，進行中間層開發的開發者通常稱為嵌入式驅動工程師。
從這里也可以看出來，嵌入式設計和軟硬都分不開，既要掌握底層硬體的特性以及如何驅動其作業，也要了解作業系統的相關知識，才可以撰寫相應功能的應用。
因此看一個作業系統是否支持某個芯片或者某個開發板，只要看其原始碼中是否包含相應芯片或開發板的板級支持包。
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嵌入式系統應該跑在什么樣的硬體上
談起嵌入式硬體或者開發板，我想很多人第一印象就是RaspberryPi，是一塊只有信用卡大小的微型電腦，別看其外表“嬌小”，內“芯”卻很強大，視頻、音頻等功能通通皆有，可謂是“麻雀雖小，五臟俱全”。樹莓派推出后，很多廠商爭相推出類似產品，比如香蕉派之類的。
還有TI的Beagleboneblack板子，體積大小和樹莓派類似，外設包括有USB host和USB mini以及網卡介面，背面還有一個sd卡槽和HDMI介面。BBB的處理器采用的是當前嵌入式系統中最流行的ARMv7指令集。采用當今廣泛使用的指令集的處理器可以被更多的軟體支持。例如，一些作業系統已經不支持在ARMv6指令集上運行，例如，Ubuntu在2012年4月放棄了對ARMv6指令集的支持。
ARMv7相對與ARMv6指令集的另一個優勢在于，使用ARMv7的處理器的實際性能更加強勁。ARMv7相對與ARMv6的優勢還有很多，比如一些顯著的改進：實作了超標量架構、包含了SIMD操作指令、改進了分支預測演算法從而極大的提高了某些性能。
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總結
以上就是一塊基本的嵌入式核心板所具有的性能引數，和上面說到的單片機的性能引數相比較，單片機的處理能力較低，主頻大多在幾十M上下，和嵌入式動輒上百上千M的處理速度還是相差較多，此外單片機并不具有圖形界面的處理能力，也就是GPU的缺乏導致單片機幾乎不可能帶動圖形界面。
單片機的存盤空間和嵌入式處理器也不是一個等級的，單片機通常片記憶體儲只有幾k大小，而由于外設的限制也不太可能大范圍增加外設emmc，而嵌入式處理器通常有幾百兆的RAM，如此巨大的差別導致單片機幾乎不可能像嵌入式處理器那樣運行作業系統，甚至連TCP/IP協議堆疊和USB協議堆疊都跑不起來，一些高端的單片機比如ST公司的STM32系列，可能可以跑一些輕量級的系統os和嵌入式網路協議堆疊，比如IwIP協議堆疊。
嵌入式處理器豐富強大的性能決定它能完成更多單片機不能完成的應用，比如網路通信功能，視頻傳輸處理功能等，而當外設存盤增加后，嵌入式處理器能夠輕松運行各種Linux系統，以及圖形GUI界面。
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標籤：單片機/工控