08.27 一文看懂單片機、ARM、FPGA 、嵌入式的各自特點

單片機的特點：

(1)受集成度限制，片內存儲器容量較小，一般內ROM：8KB以下；

(2)內RAM：256KB以內。

(3)可靠性高

(4)易擴展

(5)控制功能強

(6)易於開發

ARM的特點：

(1) 自帶廉價的程序存儲器(FLASH)和非易失的數據存儲器(EEPROM)。這些存儲器可多次電擦寫，使程序開發實驗更加方便，工作更可靠。

(2) 高速度，低功耗。在和M51單片機外接相同晶振條件下，AVR單片機的工作速度是M51單片機的30-40倍；並且增加了休眠功能及CMOS技術，使其功耗遠低於M51單片機。

(3) 工業級產品。具有大電流輸出可直接驅動SSR和繼電器，有看門狗定時器，防止程序走飛，從而提高了產品的抗干擾能力。

(4) 超功能精簡指令，具有32個通用工作寄存器，相當於M51單片機中32個累加器！從而克服了單一累加器工作的瓶頸效應。

(5) 程序下載方便。AVR單片機即可並行下載也可串行下載，無需昂貴的編程器。此外，還可以在線下載！也就是說可以直接在電路板上進行程序修改和燒錄。

(6) 具有模擬比較器、脈寬調製器、模數轉換功能。使得工業控制中的模擬信號處理更為簡單方便。

(7) 並行口、定時計數器、中斷系統等單片機內部重要資源的功能進行了大幅度提升，使之更適合工業生產過程的實時控制。

(8) 其時鐘頻率既可外接也可使用單片機內部自帶的振盪器，其頻率可在1MHz-8MHz內設置，使得硬件開發製作更為簡潔。

(9) 強大的通訊功能，內置了同步串行接口SPI、通用串行接口UAST、兩線串行總線接口TWI(I2C )，使網絡控制、數據傳送更為方便。

(10) 超級保密功能，應用程序可採用多重保護鎖功能。可低價快速完成廠家產品商品化等等。 除上述特點外“零外設”也是AVR嵌入式單片機的重要特徵。由於該芯片已內置了程序存儲器、晶振並增加了在線彙編功能。

所以AVR單片機芯片接上直流電源，下載個程序就可以獨立工作。無需附加外部設備，無需使用昂貴的編程器和仿真裝置。這給我們學習和開發帶來了便利條件。

FPGA的特點：

(1)採用FPGA設計ASIC電路(專用集成電路)，用戶不需要投片生產，就能得到合用的芯片。

(2)FPGA可做其它全定製或半定製ASIC電路的中試樣片。

(3)FPGA內部有豐富的觸發器和I/O引腳。

(4)FPGA是ASIC電路中設計週期最短、開發費用最低、風險最小的器件之一。

(5)FPGA採用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。

可以說，FPGA芯片是小批量系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之一。

FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態的，因此，工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，採用不同的編程方式。

加電時，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成後，FPGA進入工作狀態。掉電後，FPGA恢復成白片，內部邏輯關係消失，因此，FPGA能夠反覆使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片FPGA，不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。因此，FPGA的使用非常靈活。

嵌入式系統的特點

1、系統內核小

由於嵌入式系統一般是應用於小型電子裝置的，系統資源相對有限，所以內核較之傳統的操作系統要小得多。比如Enea公司的OSE分佈式系統，內核只有5K，而Windows的內核？簡直沒有可比性。

2、專用性強

嵌入式系統的個性化很強，其中的軟件系統和硬件的結合非常 緊密，一般要針對硬件進行系統的移植，即使在同一品牌、同一系列的產品中也 需要根據系統硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務，往往需要 對系統進行較大更改，程序的編譯下載要和系統相結合，這種修改和通用軟件的 “升級”是完全兩個概念。

3、系統精簡

嵌入式系統一般沒有系統軟件和應用軟件的明顯區分，不要求 其功能設計及實現上過於複雜，這樣一方面利於控制系統成本，同時也利於實現系統安全。

4、高實時性的系統軟件(OS)

高實時性的系統軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態存儲，以提高速度；軟件代碼要求高質量和高可靠性。

5、嵌入式軟件開發要想走向標準化，就必須使用多任務的操作系統

嵌入式系統的應用程序可以沒有操作系統直接在芯片上運行；但是為了合理地調度多任 務、利用系統資源、系統函數以及和專家庫函數接口，用戶必須自行選配RTOS (Real－Time Operating System)開發平臺，這樣才能保證程序執行的實時性、 可靠性，並減少開發時間，保障軟件質量。

6．嵌入式系統開發需要開發工具和環境。

由於其本身不具備自舉開發能力， 即使設計完成以後用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套 開發工具和環境才能進行開發，這些工具和環境一般是基於通用計算機上的軟硬 件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發時往往有主機和目標機的 概念，主機用於程序的開發，目標機作為最後的執行機，開發時需要交替結合進行。