嵌入式系统架构浅谈，主控芯片硬件的选型

不少人认为架构是需要有一定工作经验才能学习的高级课程，其实如果能够熟悉架构，对自己的发展会有莫大的提升，会使得自己对程序系统的理解深入。学习架构能够更好的帮助对产品和程序的设计。
该篇着重于列出同类的区别，对嵌入式硬件的一个选型。嵌入式程序员与其他程序员最大的区别，在于前者需要与硬件打交道，只有对硬件的熟悉，才能掌控自己的系统。
文章只是本人个人的一些见解，难免有不足和错误之处，若您能发现并提醒，我将感激不尽，谢谢。
1. 嵌入式的主控MCU选型
微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机。就是我们常说的主控芯片。
1.1 操作处理数据位8位、16位、32位区别
按其基本操作处理的数据位数分类：分为1位、4位、8位、16位、32位甚至64位单片机。平时较多使用8位，16位和32位的单片机。这哥位数是指CPU处理的数据的宽度，参与运算的寄存器的数据长度。直观的说明，例如：C语言中定义一个int型变量，在8位的系统中，一次只能处理8位数据，int型变量占用两个字节，就需要两个寄存器来操作。对比32位的系统，一次能处理32位数据，int型变量占用4个字节，只需要一个寄存器操作。简单说32位的系统会比8位系统处理能力有显著的优势。
8位MCU工作频率在16~50MHz之间，强调简单效能、低成本应用，在目前MCU市场总值仍有一定地位，而不少MCU业者也持续为8bit MCU开发频率调节的节能设计，以因应绿色时代的产品开发需求。
16位MCU，则以16位运算、16/24位寻址能力及频率在24~100MHz为主流规格，部分16bit MCU额外提供32位加/减/乘/除的特殊指令。由于32bit MCU出现并持续降价及8bit MCU简单耐用又便宜的低价优势下，夹在中间的16bit MCU市场不断被挤压，成为出货比例中最低的产品。
32位MCU可说是MCU市场主流，单颗报价在1.5~4美元之间，工作频率大多在100~350MHz之间，执行效能更佳，应用类型也相当多元。但32位MCU会因为操作数与内存长度的增加，相同功能的程序代码长度较8/16bit MCU增加30~40%，这导致内嵌OTP/FlashROM内存容量不能太小，而芯片对外脚位数量暴增，进一步局限32bit MCU的成本缩减能力。
1.2 存储器类型
按其存储器类型可分为无片内ROM型和带片内ROM型两种。对于无片内ROM型的芯片，必须外接EPROM才能应用（典型芯片为8031）。带片内ROM型的芯片又分为片内EPROM型（典型芯片为87C51）、MASK片内掩模ROM型（典型芯片为8051）、片内FLASH型（典型芯片为89C51）等类型。
而存储器的结构可分为哈佛（Harvard）结构和冯.诺依曼（Von Neumann）结构。现在的单片机绝大多数都是基于冯·诺伊曼结构的，这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分：一个中央处理器核心，程序存储器（只读存储器或者闪存）、数据存储器（随机存储器）、一个或者更多的定时/计时器，还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出端口，所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。
片内的存储器多用于可执行程序的存储。对存储器的要求，需要先对可执行程序的大小做个评估，如果使用BootLoader，则需要考虑两个程序的大小。Bootloader的程序设计一般使用一下两种：
在Bootloader程序里对应用程序的升级。
在应用程序先将待升级的程序放在备份区，然后系统重启后，把备份区的程序升级。相比第一种优势可以防止升级过程出现错误导致程序崩溃，但是需要多一个程序存储的空间。
（题外话：升级需要考虑升级过程的数据错误或使用不适应程序升级。）
另需要考虑产品是否需要对数据存储，存储的大小，然后考虑是否选择片内空间更大的芯片，或者使用空间小的芯片加外部存储器。
本文这里着重写的选型，我们在对MCU选型需要考虑到（不全）：
是否需要linux系统，linux系统需要MMU（它主要包括两个功能：一是支持虚拟/物理地址映射，二是提供不同存储器地址空间的保护机制）的支持，所以不具备MMU的芯片是不支持linux系统。
是否支持浮点运算。
是否需要低功耗模式。
支持的中断。
芯片的面积大小。
.........(等等)
1.4 其他
其他需要考虑特定的情况，根据不同的外设，选择不同的接口。
串口的数量。
是否需要DMA。
是否需要CAN接口。
否是需要SDRAM。
........(这里根据不同情况考虑，因素太多无法全部列举)