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[资料分享] 嵌入式linux与51/430/STM32的嵌入式开发的区别与关联

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一粒金砂(高级)

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发表于 2020-2-15 18:04 | 显示全部楼层 |阅读模式

总结:

微控制器系列:8051, MSP 430 , STM32 F0-3( ARM Cortext M0 - M3系列) 
  主要特点没有内存管理单元,不能运行linux 这类有着虚拟内存的操作系统,只能运行裸机程序或是ucOS一类的实时操作系统。主要工作就是外设驱动开发(比如写个编码器的驱动,液晶的驱动,usb的驱动)和基于驱动的应用程序开发,如控制类和简单的图像处理功能。
微处理器系列: ARM Cortex A系列的处理器 
  有内存管理单元MMU,可以运行linux程序,开发其实和在windows pc上写程序是一样的,只是由于arm编译慢,一般会选在在PC上用针对ARM特定编译器去编译出程序放在ARM上运行,就是交叉编译。这里涉及到的驱动开发比较复杂,一般会遵循linux定义的规则去写。
详解: 
  基于STM32的开发属于微控制器开发领域,主要开发工具是keil或IAR,这种开发更准确的说法是单片机开发或者硬件开发;而招聘里所说的嵌入式开发,开发环境是基于Linux操作系统,这种开发一般会分为几个层次:驱动开发、操作系统层开发、应用层开发。开发后者所需了解的知识和前者的不是在同一个层次上。 
  如果玩过Arduino和树莓派,那么这个就很好理解了。STM32开发和Arduino是同一个层次,处于微控制器级别;嵌入式Linux开发和树莓派一个层次,属于微处理器级别。 
  更详细地说,单片机开发主要在于控制、检测和传输数据,比如控制继电器开关以控制门锁,检测温湿度上传数据到网关。而处理器除了可以做单片机的事,还可以处理音视频等计算量很大的任务,有文件管理系统也有更多的存储空间,以及该平台所提供的「开封即用」的工具(即安装后就可以直接使用),比如在树莓派上运行一个人脸检测系统是没问题的,在树莓派上搭建Web网站也是很方便的。 
  嵌入式Linux使用的主控芯片比STM32更高级。什么叫高级?除了运行速度内存空间等特性以外,从拿到芯片开始开发,到最后成为一个完整的产品原型或方案,其过程需要用到很多开发工具,硬件电路板的设计、驱动层和系统层代码的移植,应用层代码的编写,这些是需要一个团队合作完成的,当然大牛也可以独立完成,但是需要非常非常多的精力,同时项目周期也会拖得非常非常的长。嵌入式Linux开发,不是像单片机开发那样设计好硬件后,只需要打开IDE编写代码,然后烧录测试改代码烧录测试改代码。 
  放上一张ARM芯片内核汇总图片。其中STM32内核属于Cortex-M系列,嵌入式Linux所用内核可能是Cortex-A系列。有的Cortex-M不支持MMU内存管理单元,据我所知最多只能上到 µC/OS系列的嵌入式系统,而Cortex-A支持MMU,可以上类Unix系统。一旦上了类Unix系统,底层的东西就可以封装起来,只提供接口给上层开发人员。 
  这里科普一下。如果学过面向对象编程,那封装和接口就很容易理解。封装是把实现细节尽可能的隐藏起来,对外提供一个或多个公共接口,开发人员只需要知道这个接口怎么调用即可,不需要知道是怎么实现的。这一点和基于单片机开发很大不同,单片机开发本质就是“面向寄存器开发”。而嵌入式Linux开发,是”面向N-1层开发”,比如应用层就是“面向操作系统层API开发”。 
  当然,现在STM32有了STM32Cube这个开发工具,就好像把STM32开发封装一层并提供接口一样。但对我来说,Cube只是一个“开发框架”或”中间件”,Cube使开发者配置引脚更省心省力,同时把寄存器封装了一层,以更友好的方式告诉开发者,开发者只需要根据接口文档提供的接口去调用即可(可惜Cube的文档、学习和开发资料太少)。我要是不用Cube,也可以开发STM32,没有Cube以前开发者都是直接看芯片手册开发的。 
  而对于嵌入式Linux开发,则不能脱离N-1层,不了解底层API都不知道要做什么,例如使用TCP,至少也要知道Socket接口,例如编写Web管理页面,至少也需要一个Web框架(比如Python的Django)及Web服务器(比如Apache)。当然,由于嵌入式Linux都是基于类Unix开发,很多接口及其知识都是通用的,掌握了底层接口以后可以更多的关注业务逻辑。而在单片机开发中,换了一个芯片就需要重新看芯片手册,哪怕是实现相同的功能也有种重新开发的感觉,所以芯片选型阶段也是重中之重。嵌入式Linux应用层开发则不用那么麻烦,只要操作系统是类Unix,底层提供相同的接口即可代码重用。


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