淺談架構、操作系統、芯片的理解

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• 架構篇
• 操作系統篇
• 芯片篇

序言

從事物聯網行業，總是會有一些概念上的疑惑，對此網上查閱了資料，結合自己理解，做了一些匯總，方便自己以后查閱。

架構篇

我們接觸架構時，經常會看到ARM，ARM-M系列、ARM-A系列等。
這個ARM到底是個什么東東呢？
ARM架構，過去稱作進階精簡指令集機器（Advanced RISC Machine，更早稱作：Acorn RISC Machine），是一個32位精簡指令集（RISC）處理器架構，其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。由于節能的特點，ARM處理器非常適用于行動通訊領域，符合其主要設計目標為低耗電的特性。

除了這個架構外，還有X86/Atom、MIPS、PowerPC典型架構。
其中ARM/MIPS/PowerPC均是基于精簡指令集機器處理器的架構；
X86則是基于復雜指令集的架構，Atom是x86或者是x86指令集的精簡版。
xx86或80x86是英代爾Intel首先開發制造的一種微處理器體系結構的泛稱。

x86架構是重要地可變指令長度的CISC（復雜指令集電腦，Complex Instruction Set Computer）。
Intel Atom（中文：凌動，開發代號：Silverthorne）是Intel的一個超低電壓處理器系列。處理器采用45納米工藝制造，集成4700萬個晶體管。L2緩存為512KB，支持SSE3指令集，和VT虛擬化技術（部份型號）。
現時，Atom處理器系列有6個型號，全部都是屬于Z500系列。它們分別是Z500、Z510、Z520、Z530、Z540和Z550。最低端的Z500內核頻率是800MHz，FSB則是400MHz。而最高速的Z550，內核頻率則有2.0GHz，FSB則是533MHz。從Z520開始，所有的處理器都支持超線程技術，但只增加了不到10%的耗電。雙內核版本為N系列，依然采用945GC芯片組。雙內核版本仍會支持超線程技術，所以系統會顯示出有4個邏輯處理器。這個版本的兩個內核并非采用本地設計，只是簡單的將兩個單內核封裝起來。

MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無內部互鎖流水級的微處理器”(Microprocessor without interlocked piped stages)，其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數據相關問題。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大學Hennessy教授領導的研究小組研制出來的。MIPS公司的R系列就是在此基礎上開發的RISC工業產品的微處理器。這些系列產品為很多計算機公司采用構成各種工作站和計算機系統。
MIPS技術公司是美國著名的芯片設計公司，它采用精簡指令系統計算結構(RISC)來設計芯片。和英特爾采用的復雜指令系統計算結構(CISC)相比，RISC具有設計更簡單、設計周期更短等優點，并可以應用更多先進的技術，開發更快的下一代處理器。MIPS是出現最早的商業RISC架構芯片之一，新的架構集成了所有原來MIPS指令集，并增加了許多更強大的功能。MIPS自己只進行CPU的設計，之后把設計方案授權給客戶，使得客戶能夠制造出高性能的CPU。

PowerPC 是一種精簡指令集（RISC）架構的中央處理器（CPU），其基本的設計源自IBM（國際商用機器公司）的IBM PowerPC 601 微處理器POWER（Performance Optimized With Enhanced RISC；《IBM Connect 電子報》2007年8月號譯為“增強RISC性能優化”）架構。二十世紀九十年代，IBM(國際商用機器公司)、Apple（蘋果公司）和Motorola（摩托羅拉）公司開發PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多處理器計算機。PowerPC架構的特點是可伸縮性好、方便靈活。
PowerPC 處理器有廣泛的實現范圍，包括從諸如 Power4 那樣的高端服務器 CPU 到嵌入式 CPU 市場（任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC）。PowerPC 處理器有非常強的嵌入式表現，因為它具有優異的性能、較低的能量損耗以及較低的散熱量。除了象串行和以太網控制器那樣的集成 I/O，該嵌入式處理器與“臺式機”CPU 存在非常顯著的區別。

操作系統篇

μClinux
μClinux是一種優秀的嵌入式Linux版本，其全稱為micro-control Linux，從字面意思看是指微控制Linux。同標準的Linux相比，μClinux的內核非常小，但是它仍然繼承了Linux操作系統的主要特性，包括良好的穩定性和移植性、強大的網絡功能、出色的文件系統支持、標準豐富的API，以及TCP／IP網絡協議等。因為沒有MMU內存管理單元，所以其多任務的實現需要一定技巧。

μC／OS-II
μC／OS-II是在μC/OS的基礎上發展起來的，是用C語言編寫的一個結構小巧、搶占式的多任務實時內核。μC／OS-II能管理64個任務，并提供任務調度與管理、內存管理、任務間同步與通信、時間管理和中斷服務等功能，具有執行效率高、占用空間小、實時性能優良和擴展性強等特點。

FreeRTOS
由于RTOS需占用一定的系統資源(尤其是RAM資源)，只有μC／OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS等少數實時操作系統能在小RAM單片機上運行。相對于C／OS-II、 embOS等商業操作系統，FreeRTOS操作系統是完全免費的操作系統，具有源碼公開、可移植、可裁減、調度策略靈活的特點，可以方便地移植到各種單片機上運行，其最新版本為6.0版。

RT-Thread
RT-Thread 是一款主要由中國開源社區主導開發的開源實時操作系統（許可證GPLv2）。實時線程操作系統不僅僅是一個單一的實時操作系統內核，它也是一個完整的應用系統，包含了實時、嵌入式系統相關的各個組件：TCP/IP協議棧，文件系統，libc接口，圖形用戶界面等。

芯片篇

常見的有DSP、stm32、高通、三星等，有時候有叫什么CPU、MPU、MCU、SOC等。這些都有什么聯系與區別呢？

stm32全稱是意法半導體32位系列微控制器芯片。STM32系列是ST公司基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARMCortex-M3內核的32位單片機。

DSP（digital signal processor）是一種獨特的微處理器，是以數字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數字信號，再對數字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數據處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。

高通、三星等是無線通信芯片供應商，擁有自研芯片，是手機中處理器的主要供應商。

CPU是中央處理器Central Processing Unit的英文簡稱，它是一塊超大規模的集成電路，是一臺計算機的運算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。

MPU是Microprocessor UnitDE 縮寫，意思是微處理器。MPU是計算機的計算、判斷或控制中心，被稱為”計算機的心臟”。MPU 為微處理器，不是微控制器。通常代表一個功能強大的CPU，但不是為任何已有的特定計算目的而設計的芯片。這種芯片往往是個人計算機和高端工作站的核心CPU。

計算機(即電腦)分為巨型機，大型機，中型機，小型機和微型計算機5類。這5類計算機的運算核心統稱為CPU,而MPU只是微型計算機(微機)的核心處理器。也就是說CPU的概念包含了MPU，MPU是CPU的一種。

SoC稱為系統級芯片，也有稱片上系統，意指它是一個產品，是一個有專用目標的集成電路，其中包含完整系統并有嵌入軟件的全部內容。同時它又是一種技術，用以實現從確定系統功能開始，到軟/硬件劃分，并完成設計的整個過程。隨著半導體工藝技術的發展，IC設計者能夠將愈來愈復雜的功能集成到單硅片上， SoC正是在集成電路( IC)向集成系統( IS)轉變的大方向下產生的。SOC是集成電路發展的必然趨勢，是技術發展的必然，也是IC 產業未來的發展。

關系圖如下：

總結

以上是生活随笔為你收集整理的浅谈架构、操作系统、芯片的理解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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