前言
大家好，我是科岩。
这是一篇科普文章，分享嵌入式能干啥，到底什么是嵌入式。
你大概应该知道嵌入式就是基于51单片机，stm32等等芯片，还有Linux操作系统做的硬件设备，但可能这些在你脑子里都是隐约的概念。
我从一个朋友家借来了一些嵌入式设备，它们有的主控是51单片机，有的是stm32，有Linux，还有一台英伟达的AI设备。
由于不是我的，就把它们拆开，帮大家一探究竟。
文章后面，还会讨论硬件工程师和软件工程师工作内容的区别，以及大家经常问的一个问题，就是初学者要不要学51单片机，我会分享一些我不建议学习51单片机的理由。
文章比较长也比较干，希望能给刚入门的你或多或少一些启发。
还是用一个脑图呈现给大家，高清版可以到公众号下载。
51单片机
首先来看51单片机。
使用51单片机的产品一般有着非常简单的逻辑。
逻辑是什么呢？其实就是【如果xxx，就xxx】，这样的一种条件判断，所有的处理器其实做的就是这一件事。
最常见的51产品就2大类：家电和玩具。
比如遥控车：
玩具枪：
遥控器：
牙刷、筋膜枪：
破壁机：
多功能锅：
用的基本都是51单片机。
先来拆个遥控器。
里面的构造非常简单，就是一块电路板，一颗芯片和一个红外发射头。
芯片上一般都会写字，我们叫丝印，会写明这个芯片的型号，这个遥控器芯片的型号是AD918C。
这是一颗遥控器专用的芯片，我没查到具体的资料，只能说大概率是一颗51芯片。
我们再看一下多功能锅，这个锅的功能可以火锅、烧烤、清蒸，通过旋钮可以控制火力大小，有2个按键可以控制开关和定时。
所以多功能锅芯片的处理逻辑是什么呢？如果旋钮旋在某一个档位，就给对应的火力；如果按了定时按钮，就可以定时做饭。
把它拆开：
那个主控芯片是一颗韩国现代半导体公司的，A96T218芯片，是一颗51单片机。
51单片机芯片的价格非常便宜，在几毛钱到几块钱之间。
它的处理器位数只有8位，位数越大，能处理的数据量和复杂度越高。
通常我们在谈论51单片机的时候，
这个【51】
的意思，实际上指的是单片机的一种指令集架构，它是英特尔公司发明的8051指令集，由于它比较经典，使用广泛，所以我们在说起51单片机时，常常用它代指所有的8位微处理器。
像前面的多功能锅，用的是韩国现代半导体的芯片，而芯片用的指令集是英特尔的8051指令集。
而其实8位处理器除了8051，还有很多种指令集，像microchip的PIC，ATMEL的AVR、意法半导体的stm8。
后面是指令集对应的芯片型号，这些也都很常见，只不过没有8051使用广泛而已。
8位MCU的主频一般在1MHZ到100MHZ之间，这个主频越大处理速度越快。
内存的范围是128字节到8K字节，硬盘或者说flash范围是2K到128K字节，这个量级的硬盘所能容纳的代码量是几百行到几千行。
它的引脚数量一般是8个到40个脚，引脚就是芯片伸出来的这些细细的铁丝或者说导线，芯片要通过这些导线控制其他的装置或者电路，比如电机的旋转或者是金属盘的加热。
所以
【嵌入式】这个概念我们也可以定义一下了，就是
把处理器嵌入到电气装置或者机械装置的内部，控制这些装置。
51单片机的电路板一般是1到4层，这个层数是什么意思？
我们看到的电路板表面密密麻麻有许多芯片啊、电阻、电容等等元器件，仔细看上面还有许多电线。芯片的引脚，就是通过这些导电的电线连接到元器件上控制它们。
电路板的材料是绝缘的，表面上我们只能看到正面和背面，实际上中间还有很多层，每个层上也都有导线，层数越多，这个电路板越复杂。
8位MCU的电路板一般都很简单。
那么，再看我们需要掌握的技术栈有哪些。
C语言是最基本的，之后就是GPIO、定时器、中断、串口这些最常用的，想使用这些功能，就需要学习寄存器、电子学知识，再深入些，还可以看看汇编指令集。
8位MCU的知名厂商，我简单列了国内2家和国外2家。
总结一下，我们常常说的51单片机，一般用来处理最简单的逻辑功能，51的意思是英特尔的8051指令集，由于使用广泛，常常在日常口语语境下用它泛指8位的微处理器。
32位机
接下来，我们再说下stm32，它能处理的逻辑功能要比8位机更加复杂，常用的产品包括家居、安防、汽车等等，非常广泛。
先看这个智能门锁，它通过机械结构控制门上的锁芯。
它支持4种开锁方式，指纹、刷卡、机械钥匙、和密码，所以主芯片的处理逻辑很容易想到，如果指纹比对正确，就开锁；如果读卡信息正确、密码正确，就开锁。
拆开也可以看到一块电路板，上面有指纹读取的芯片、读卡的芯片、还有和手机通信的蓝牙芯片，它的主芯片型号是EFM32，是美国芯科的32位单片机。
你可能没听过这个品牌。
没事品牌不重要，你只要知道它不是8位机，而是32位的就可以了。
我们再来拆这个模拟射击的产品。
这款产品可以用来模拟训练打靶，
整个系统由枪、靶、报靶系统构成
。
枪不断发射激光信号，靶收到激光后，通过无线发射坐标数据给报靶端，报靶端会在靶面上画轨迹。
扣动扳机后，枪会发一个射击信号给报靶端，报靶端计算坐标，语音播报射击环数。
演示一下：
拆开看下，枪的主控芯片是一颗华大的HC32，芯片和电路板非常精细，有主控MCU，有通信芯片、激光芯片，还有控制电机的芯片。
靶面芯片是一颗兆易创新的GD32F103。
报靶端是一个STM8的8位MCU，用来接受无线信号，触摸屏的主控是安卓系统，通过串口和STM8通信，使用的是一颗64位的全志的A64芯片。
这个射击系统算比较复杂的系统了，从8位单片机，到32位单片机，再到64位的高端处理器，都有涉及。
ok，你可能会问，怎么到现在还没有STM32，STM32其实是意法半导体公司生产的arm指令集MCU的一种型号，因为它的开发工具、生态做的都很好，拉低了单片机开发的门槛，价格也不贵，所以使用非常广泛，大部分人都知道。
一款单片机做到这个程度确实很棒，让我不由得想竖起一个大拇指，如果你看到这里还没划走，会发现屏幕下方有个拇指，拜托点赞支持下科岩，鼓励我做出更好的内容。
由于大部分人都知道，所以常常说起stm32，就代指了32位单片机。
32位单片机的价格在几块钱到几十块钱的价格区间。
不像51单片机，我搜了半天没找到1块以内的。
常见32位芯片的指令集架构有这些。
最常用的当然是arm公司的Cortex M系列，使用这个架构的芯片型号有你们熟知的stm32芯片，国内兆易创新完全复制了对应版本，像我们刚刚拆的靶面，用的就是这款GD32F103。
另外，上面拆的锁的主控EFM32是Cortex M指令集，枪的主控华大HC32也是Cortex M，这个Cortex M后面如果举例常用芯片的话，这一个脑图都列不完，实在太多了。
所以与其说stm32使用广泛，不如说是arm Cortex M架构使用广泛。
除了arm，还有最近几年火热的RISC-V指令集，这是加州大学伯克利分校开源的指令集。
另外像中天微的指令集C-SKY，后来被阿里收购成了平头哥；atmel也有32位指令集，叫AVR32、微芯的PIC32也是32位的指令集。
32位MCU的主频范围大概在几十MHZ到几百MHZ之间，基本也是51的10倍。
内存范围，最小4K，最大640K字节；磁盘从2K到2M字节，能够容纳几千行到几万行的代码量。引脚数量是20到100脚，电路板层数最高6层，可能也有更多的，不过我没搜到。
软件的技术栈呢，由于代码量增加了，需要学习更多软件相关的知识，要懂数据结构、实时操作系统、还有网络，而和硬件相关的寄存器啊、电子学这些知识，稍微懂一点就够用，不用像51那样，研究每个寄存器的功能才能使用。
知名的厂商有这些。
如果你工作久了，应该都听过这些名字。
总结一下，stm32只是一款使用了arm Cortex M指令集的32位单片机的型号，由于它上手简单，所以在市场上使用广泛，而除了stm32，其实还有很多其他32位的arm指令集芯片，或者其他指令集芯片。
Linux
接下来是Linux，它比32位MCU更复杂了。
价格当然也更贵，最便宜的也要几十块钱，最贵的几千也有，它的位数是32位和64位，对应的，它做的产品也更贵了。
Linux和前面2个概念又都不相同，它既不是指令集架构，也不是某款芯片的型号，而是一个软件操作系统。
你细品会发现，这其实是个挺有意思的事。
8位单片机领域，火出圈的是英特尔的51指令集；一说32单片机，火出圈的是意法半导体这家厂商的芯片型号；32位和64位的高性能处理器领域，火出圈的是纯软件的操作系统。
广为流传的东西完全不是一回事，为什么是这样呢？
我想，可能是因为，在8位单片机上写软件，常常需要操作寄存器，调用汇编指令，所以8位机的工程师会对汇编比较熟悉，哪个汇编指令好用就用哪个芯片；
而在32位单片机上写软件，芯片厂商把寄存器的使用都封装成了方便调用的函数，大家很少需要调用汇编指令，也不需要关心芯片的架构是什么，只关心哪个厂商的函数更好用更方便就行了；
到了Linux上，芯片厂商封装的函数已经由操作系统的驱动程序调用了，我们不关心芯片架构，不用汇编，连芯片的厂商现在也不需要关心了，只需要调用Linux操作系统提供的统一的、标准的接口就能实现各种各样的功能。
所以你看，在哪个层面工作，那个层面最广泛的技术就会广为流传，当然这只是我自己的一些看法哈。
拆个家用路由器看看。
用的是一颗海思的芯片，SD5650。
再拆个马路上的摄像头。
也有一颗海思的芯片，型号是3516。
除了这个采集摄像头图像的3516，还有一颗意法半导体STM8的8位机，应该是对摄像头做简单的控制。
再拆个智能音箱。
主控是一颗晶晨的A113X。
上面这3个设备，路由器、摄像头、智能音箱，相比51或STM32的设备，又更加复杂了，使用单片机性能不够，无法实现功能，必须使用性能更高的芯片，配合功能复杂的操作系统了。
常见的能够运行Linux的芯片和指令集架构包括这些，这里嵌入式领域使用最多的是Arm Cortex A系列，其他这几种架构大部分都是用在电脑上。
能运行Linux的芯片，主频的范围一般是几百MHZ到几个GHZ，我看英特尔的CPU已经能达到6GHZ了。内存范围128M到32G，硬盘128M到1T字节，引脚的数量，我查到最少的引脚是40个，最多可以有几千个。电路板层数大致是4到30层，各个领域不太一样。
这里的软件技术栈，多了Linux操作系统的使用，和进程、线程、socket接口的调用，当然，也还有GPIO、串口这些基础的硬件接口。
在Linux 上写代码，又比32单片机更高一层，可以完全不懂寄存器、电子学和指令集，只写C语言也是没问题的。
知名厂商我也只列了一些，前面这些是国内的，下面的都是美国的，这个领域的芯片也是咱们天天说的“卡脖子”的技术，前面的32还有51都是低性能的处理器，技术含量不是特别高，美国都不管咱们，我们也并不落后。
但到了这高性能的芯片，最新的技术，上面几家和下面几家相比，还有很大差距的。
SOC
接下来再分享一个概念，SOC，它是system on chip的缩写，翻译过来叫做“片上系统”。
这个概念是相对MCU或者CPU来说的，它的意思是把WiFi、蓝牙或者4G、5G等等这些功能与MCU或CPU集成到同一颗芯片上。
如果非要咬文嚼字，其实手机、平板上的，你知道的高通、联发科还有苹果的芯片，严格来说都属于SOC，而只有电脑上的英特尔啊、AMD这些芯片才是真正CPU的概念。
SOC一般使用在集成度高的产品上，比如手机、手表、手环等。
先拆一下这个大人用的理疗仪，实际图片就不展示了，这是我画的抽象现实主义写真图。
它由一个主控板外加3个震动马达组成，主控芯片是一颗TI的CC2541，这是一颗蓝牙芯片，可以通过手机控制。它的逻辑也很简单，就是控制马达的震动频率。
再拆一个儿童手表。
手环和手表的功能大家应该都知道，除了看时间，还可以计步、定位、测心率、代替公交刷卡，相比手环，手表还能打电话、安装一些APP。
可以看到，主控芯片是一颗紫光展锐的SL8521。
它集成了arm的A系列处理器，性能更高了，还集成了WiFi、蓝牙、GPS、4G通信等等的功能。
我们来画个图更直观做个对比看看。
如果一个智能手表用MCU的方案实现，大概会是这样：
中间是处理器，其他功能用特定的模块通过spi、i2c、串口等等协议进行通信。
如果是SOC实现的方案：
会将蓝牙、wifi等等这些常用功能，集成到一颗芯片中，再通过spi或者其他协议和不是很常用的功能芯片通信。
相比之下，MCU的方案更加灵活，可以任意增减功能；而SOC的方案集成度更高，可以做成非常小巧的产品。
SOC的厂商，除了上面提到的那些手机、平板芯片，还有蓝牙、wifi的芯片，下面是比较常见的厂商。
XPU
我们再说最后一种芯片，XPU，就是各种PU，有GPU、NPU、TPU还有DPU，这些能进行大规模人工智能算法的芯片。
GPU：Graphic Processing Unit，图形处理器
NPU：Neural Processing Unit，神经处理器
TPU：Tensor Processing Unit，张量处理器
DPU：Data Processing Unit，数据处理器
这类芯片的常见产品包括自动驾驶、人脸识别等等功能。
我那个朋友从这种人脸识别自动售货柜里：
拆下来了一个盒子，可以看到，这个盒子上有很多接口，可以接485、继电器、网线，还能插SIM卡。
现在把它打开看看。
有一颗4G的通信模组，用来和云平台通信。
有一颗stm32f407的MCU，这应该是实现货柜的开关门之类的控制功能用的。
还有一个英伟达的Jetson边缘AI处理器，用它实现人脸识别。
XPU的位数一般都是32或64位，指令集架构呢，我搜到这几个：
PTX是英伟达自己的，MLU是咱们国内专做AI芯片的一家公司寒武纪自己的指令集。
XPU的性能呢，是用TOPS作为单位，意思是处理器一秒钟可进行几万亿次的操作，也可以换算成CPU的主频。
然后，比较知名的芯片厂商有这些：
前面几家都是国内的，后面是国外的几个大厂。
相关岗位
再来说下嵌入式的相关岗位。
我前面说到的，51单片机、stm32、linux还有XPU，所有的产品都是芯片、电阻电容、电路板，外面套个壳子组成的。
你能看见的外壳，其实是结构工程师的工作。
比如门锁：
它里面结构很复杂，电路板怎么摆放、哪里需要打螺丝开孔，哪里需要装电池，哪里是塑料，哪里是金属，最后这个外观好不好看，外观是工业设计我就不细分了，我们都认为是结构工程师的工作。
一名结构工程师的工作就是画图，需要的技能包括机械设计、材料、建模这些知识。
硬件工程师的工作也是画图，他要把芯片、电容电阻这些元器件用电线连起来，画成电路图给电路板的生产厂家来生产电路板。
需要掌握的技能就是各个芯片、元器件的功能、特性是什么样的，按照一定的规则把它们用电线连起来。
最后是软件工程师的工作，就是写代码控制各个元器件，软件工程师的工作是表面上你看不到的，他们实现了整个产品的各项具体功能。
需要掌握的技能就是操作系统、数据结构这些计算机软件相关的知识了。
无论是51、stm32还是Linux、XPU，本质上，这几个岗位工程师的工作没有任何区别，只不过就是简单与复杂的关系。
