2、嵌入式系统基础与挑战解析

嵌入式系统基础与挑战解析

1. 低端8位微控制器现状

过去，8位微控制器在嵌入式市场占据主导地位。其设计简单，能编写完成预定义任务的小型应用程序，但因过于简单且资源有限，难以实现嵌入式系统。如今，随着32位微控制器的发展，在相同价格、尺寸和功耗范围内，能覆盖8位微控制器的所有用例。所以，现在8位微控制器大多用于教育平台套件市场，帮助爱好者和新手了解电子设备软件开发基础。

2. 嵌入式系统硬件架构

嵌入式系统架构以微控制器（MCU）为核心，通常是包含处理器、RAM、闪存、串行收发器等核心组件的单集成电路。市场上有多种架构、供应商、价格范围、功能和集成资源可供选择，这些微控制器常被设计成低成本、低资源、低能耗的独立系统，即片上系统（SoC）。

虽然微控制器没有实际的参考架构，但一些架构元素在多种型号、品牌甚至不同处理器架构中都很常见。部分微控制器针对特定应用，提供特定接口与外设和外界通信；还有些注重降低硬件成本或能耗。几乎每个微控制器都包含以下组件：
- 微处理器
- RAM
- 闪存
- 串行收发器

此外，越来越多的设备具备网络访问能力，一些微控制器提供以太网、Wi-Fi等标准接口，或专为嵌入式系统设计的子GHz无线电接口、控制器局域网（CAN）总线等协议。所有组件通过总线与处理器相连，RAM、闪存和收发器的控制寄存器都映射在同一物理地址空间。

微控制器能以本机机器语言运行代码，编译器默认输出通用可执行文件，需转换为目标设备可执行的格式。处理器可直接从RAM和内部闪存执行指令，CPU从RAM获取和执行代码更快，但最终固件存储在闪存中，闪存通常比RAM大，能在电源循环和重启后保留数