前言：本章主要了解了嵌入式历史发展与生态，让大家对嵌入式有个宏观的认知，搭建一个大的框架，让大家后续学习stm32的时候知道了是什么以及为什么，希望本节对大家有所帮助。
一：嵌入式的历史生态问题：
1.1嵌入式发展的底层驱动力：
历史背景：1946年2⽉14号，美国⼈发明第⼀台计算机，埃尼阿克 ENIAC ，由美国宾夕法尼亚⼤学为军⽅研制，旨在计算炮弹弹道轨迹，解决⼆战中新型武器研发的需求，由物理学家约翰·莫奇利与年轻电⽓
⼯程师普雷斯珀·埃克特（时年仅25岁）主导设计。占地约170平⽅⽶（⼀间半教室），重30吨，功耗约150千⽡（传闻开机时费城西区灯光都会暗⼀下）内部使⽤了约18,800个电⼦管，每秒能进⾏5,000次加法运算，ENIAC作为计算机时代的开端，不仅参与了氢弹研制的早期计算，还成功运⾏了世界上第⼀个数值天⽓预报程序，开启了天⽓预报的新纪元。
二战结束后，美苏进入了冷战，在1991年苏联进行了解体，但是双方之间的斗争仍在进行。
例如：
1.1.1 人类第一颗人造卫星（斯普特尼克1号）：1957年，苏联成功发射了"斯普特尼克1号"，宣告了人类太空时代的到来，也极大地刺激了美国。这颗卫星的发射对美国的震撼，被当时的媒体形容为"太空界的珍珠港事件"。
1.1.2 太空生物实验的先驱（斯普特尼克2号）：仅一个月后，苏联就发射了"斯普特尼克2号"，其搭载的"太空犬"莱卡成为首个进入地球轨道的生物，为后来的载人航天提供了宝贵的生物数据。
1.1.3 苏联的载人航天成就：1961年，苏联宇航员尤里·加加林乘坐"东方1号"飞船完成了人类首次太空飞行，成为"太空旅行第一人"
科技的进步，正是在双方的竞争中得以推动。
总结：计算机发展的底层驱动力是因为主导国家之间的斗争。
1.2军转民：
谁能想到我们如今使用的单片机，曾经是用于军工领域。在相互斗争的情况下，新的科技在初期诞⽣的时候，基本都是以国家为主导，主要应⽤于军⼯领域。
下面给大家一张流程图，让大家了解军转民的具体流程：
如上图所示，政府为了发展军工技术，将军工技术脱敏，将部分技术脱敏后卖给孵化出的私人公司，这些私人公司就比如我们如今耳熟能详的苹果，intel，微软等科技巨头公司，企业孵化出产品带动经济发展，人才的培育，并为政府提供税收，反过来又促进了军工技术的进一步发展。
在军转⺠背景下，产⽣的产品：
1.互联⽹,
2.导航GPS，北⽃
3.微波炉
4.罐头⻝品、军⼑
5.计算机
这也是老美很多年之前运作的商业模式。
军转⺠是国家间技术保持领先的⼀种重要的发展模式
1.3摩尔定律：
1965年，英特尔公司的联合创始⼈⼽登·摩尔在《电⼦学》杂志上发表了⼀篇⽂章。他观察到，芯⽚上可容纳的晶体管数量，⼤约每隔12个⽉就会翻⼀番。这个观察就是摩尔定律的核⼼：集成电路上可容纳的晶体管数⽬，约每隔18-24个⽉便会增加⼀倍。
总结：摩尔定律为计算机⼩型化提供了可能。
1.4通用计算机与专用计算机：
1.通⽤计算机
⼀台机器，能⼲⽆数种不同的事------具体做什么，由⽤户安装的软件决定。--笔记本，台式机等。
2.超级计算机 - ⾼性能计算机
解决人类级别的计算难题。
3.专⽤计算机（嵌⼊式系统）
冰箱、空调、⽆⼈机、汽⻋ECU......只为特定功能⽽⽣，强调低功耗、实时性、稳定性。
总结：专⽤计算机(嵌⼊式系统)的诞⽣⽬的就是为了低成本解决⼀个⼀个特定领域的问题。
1.5 嵌入式系统的诞生：
嵌入式系统的诞生正如上述讲到，是因为军转民之后，嵌入式才逐步诞生，在我们民间进行了广泛的使用。
在1970年代，嵌⼊式系统的含义就是把计算机嵌⼊到导弹、战⽃机、潜艇、雷达⾥。
1.制导系统：导弹需要实时解算弹道、控制舵面，这是嵌⼊式系统最核心的早期应用。
2.⽕控系统：战⽃机的雷达和武器瞄准需要专用计算机。
3.密码破译与通信：军事通信设备需要专用、安全的控制芯片。
1.6嵌入式为什么叫做嵌入式：
嵌入式不被作为一个独立的通用计算机存在，而是被视为设备或系统的重要组成部分。
1.它不是独⽴产品： 没有⼈会单独"购买⼀个嵌⼊式系统"。你买的是智能空调、⽆⼈机、⼼率监测⼿环。嵌⼊式系统是这些产品的"⼤脑"或"控制器"，是产品实现智能化的内在组件。
2。它藏身于内部：从你家的洗衣机、微波炉，到汽车的刹车系统、航空发动机，再到智能手表、医疗监护...这些设备内部，都有一块（或多块）微小的芯片和电路板。这个计算核心被"嵌入"在设备外壳之内，用户通常看不见也摸不着。
二：认识计算机：
2.1计算机认识：
有了上面的认知，接下来我们简单认识一些计算机类型。
2.1.1个人电脑（pc）
2.1.2智能手机/平板电脑：
随着技术的发展，目前手机和平板电脑的算力已大幅提升，大致相当于几年前 PC 端的水平。然而，受限于软件生态，手机和平板电脑仍难以承担"生产力工具"这样的重任，尤其是对于程序员行业而言。
2.1.3云服务器：
我们日常生活中经常与服务器打交道，比如各类常用软件。
C/S 结构 (客⼾端/服务器结构):
B/S 结构 (浏览器/服务器结构):
Client / Server，即客⼾端/服务器架构
Browser / Server，即浏览器/服务器架构
⽆论是 C/S 还是 B/S, 服务器都是其中⾮常重要的环节.
核⼼的数据管理和业务逻辑, 都是在服务器端完成的
服务器受很多因素影响着，比如温度，土地面积等，所以普通人很难去涉及服务器。
2.1.4 单片机：
服务器通常意味着 "高性能, 昂贵", 相比之下, 单片机则是另一个极端, 通常意味着 "性能低, 成本低".
我们生活中的很多设备, 内部都嵌入了一个小型的计算机, 称为 "单片机", 也叫 Microcontroller Unit(微型控制单元 MCU) 或者 Single Chip Microcomputer (单片微型计算机).
单片机在生活中的应用非常广泛，比如空调，洗衣机，冰箱等；
单片机体积非常小, 成本也比较低.
重点：单片机 vs 嵌入式系统
- 关系 ：单片机是构建嵌入式系统的核心硬件，绝大多数嵌入式系统都以单片机作为=="大脑"==。
- 区别 ：单片机是一个具体的、可编程的硬件芯片；而嵌入式系统是一个完整的概念系统，它包含了单片机、电路、传感器、软件等，为特定任务而设计。
- 类似：可以类比为"主板和整机"的关系，或者"手机里的处理器"与"整个手机"的关系。
2.2嵌入式的技术方向：
一共 5 个大体方向：MCU 方向、应用处理器方向、FPGA 方向、DSP 方向、多技术融合。各方向的典型芯片案例如下表所示：
| 技术方向 | 典型芯片案例 | 特点与应用场景 |
|---|---|---|
| MCU 方向 | STM32（意法半导体）、ESP32（乐鑫）、AVR（Atmel）、PIC（Microchip） | 集成处理器内核、存储器与外设接口于单一芯片，强调实时性、低功耗、低成本，常用于家电、工业控制、物联网终端 |
| 应用处理器方向 | 高通骁龙（Snapdragon）、苹果 A 系列、瑞芯微 RK 系列、全志 H 系列 | 算力更强，可运行完整操作系统（如 Linux/Android），常用于智能手机、平板、智能座舱、边缘 AI 设备 |
| FPGA 方向 | Xilinx（赛灵思）Zynq 系列、Intel（Altera）Cyclone 系列、紫光同创 | 硬件逻辑可编程、并行处理能力强，常用于通信基站、图像处理、高速接口、原型验证 |
| DSP 方向 | TI（德州仪器）C2000/C6000 系列、ADI（亚德诺）SHARC 系列 | 专为数字信号处理优化，擅长高速数学运算，常用于音频处理、电机控制、雷达与声呐信号处理 |
| 多技术融合 | 异构 SoC（如 NXP i.MX 系列、Xilinx Zynq UltraScale+） | 将 MCU、应用处理器、FPGA、DSP 等多种计算单元融合于一颗芯片，兼顾性能与功耗，常用于高端汽车电子、工业自动化、 |
简单来说，MCU方向是软硬结合的方向，对软件会更偏向一点，所以我们接下来学的也是MCU方向。
2.3嵌入式历史发展与生态问题：
我们日常使用的电脑，比如台式机和笔记本，里面的 CPU 大多采用 x86 架构（架构可以理解为 CPU 的核心类型或体系结构）------这是桌面和服务器领域最主流的处理器架构。而到了嵌入式世界，由于对功耗、成本、体积的要求截然不同，CPU 核心架构便换了一批"选手"：常见的有 51、ARM、PPC、MIPS、Xtensa、RISC-V 等。其中，ARM 架构的应用范围最广，从几十美分的芯片到手机处理器，从智能手环到汽车电子，几乎无处不在------可以说，学嵌入式，ARM 是绕不开的核心架构。
ARM 只设计 CPU 核心 IP，并不直接制造 CPU，而是通过IP 授权和收取版权费来盈利。
这种经营模式，是当时商业竞争环境下的产物。
在 CPU、GPU、DSP、NPU 中都有相应的 IP 核概念，但IP核是什么呢？
细节：什么叫做IP核
"IP"是 Intellectual Property（知识产权）的缩写，是一个法律概念。站在 ARM 的角度，ARM 卖的并非实体芯片，而是受法律保护的芯片"设计方法"的使用权，即其知识产权的使用权。
芯片行业之所以用"IP"这个叫法，是为了突出"设计"与"实物产品"的本质区别：买芯片得到的是物理实体；买 IP 核得到的是受法律保护的技术设计方案。它不是有形商品，而是一份"设计方案"的使用权，所以直观地称为"知识产权核"，简称"IP核"。
ARM公司自己不生产CPU，只通过售卖IP核进行获利。
2.3.1 SOC:
SoC 是 System on a Chip 的缩写，中文叫片上系统，就是把一个完整的电子系统集成到单个芯片上。
你可以把传统的电脑主板理解成一座城市，各个功能部件都是独立运作的：
- CPU（处理器）＝市政府（大脑决策）
- 内存＝图书馆（临时存储数据）
- 显卡＝美术馆（处理图像）
- 声卡＝音乐厅（处理声音）
- 网卡＝邮局（负责通信）
各个芯片之间需要通过电路板上的"高速公路"（总线）来连接，距离远、速度慢、功耗大。
而 SoC 就是把这个城市的所有关键部门，全部塞进同一栋大楼里：市政府、图书馆、美术馆、音乐厅、邮局......全部集中在一栋楼内，内部有专用电梯直接连通。
于是，你得到了一栋功能完整的"超级大楼"------这就是 SoC。
在通用领域（如电脑）中，主板上分布着独立的 CPU、GPU（显卡）、内存条等部件，它们通过总线相互连接，各个芯片彼此分离。
而在专用领域（如手机、手表、无人机、路由器等），由于空间有限、功耗敏感，需要把 CPU（中央处理器）、GPU（图形处理器）、内存控制器、NPU（神经网络处理器，用于 AI 加速）、ISP（图像信号处理器，处理摄像头数据）、DSP（数字信号处理器，处理音频/通信信号）、视频/音频处理器，以及各类接口控制器（USB、PCIe、蓝牙、Wi-Fi 基带等）全部集成到一颗芯片上------这就是 SoC（片上系统，System on a Chip）。
CPU 与 SoC 的区别：CPU 是一个负责通用计算的处理器核心，而 SoC 是一颗芯片，它包含了 CPU，以及 GPU、内存控制器、NPU、ISP、DSP、音频处理器、各类接口控制器（USB/PCIe/Wi-Fi/蓝牙基带）等，共同构成一个"完整的微型计算机系统"。
简单来说，CPU 只是 SoC 的一部分，即 SoC = CPU + 众多其他功能模块。
由于所有模块集成在一起，电路板走线更短，因此 SoC 具备电池续航更长、发热更低、高带宽与低延迟、节省空间与成本、可靠性更高等多重优势，这也比较符合专用领域的需求。
在 PC 领域，主流使用的是 CPU，架构以 x86（Intel/AMD）为主；而在手机/嵌入式领域，主流则是基于 ARM 架构的 SoC。
所以得出结论： SOC将所有核心芯片集合在一起，降低了成本并且提高了性能，让用户用得爽、厂家造得省。
2.3.2Arm公司介绍与产品：
Arm 公司在移动计算、汽车电子、服务器与数据中心以及物联网领域都有涉及，尤其是在物联网领域，Arm 公司算是一方霸主。
在物联网方面：
- 微控制器与嵌入式：这是 ARM 的另一个绝对统治区，代表公司如意法半导体（其 STM32 系列是工程师心中的经典）、恩智浦、微芯、德州仪器，以及国内的兆易创新。
- AIoT 系统级芯片：赋能各类智能设备的核心，代表公司有瑞芯微（其 RK3588 性能强劲）、全志科技、晶晨股份等。
- 工业与通信：用于工控机、物联网关、路由器等设备，相关企业如华北工控、研华、凌华等。
- 消费与可穿戴：包括智能手表（苹果 Apple Watch、华为、小米、三星）、智能电视、机顶盒、智能音箱等。实际上，智能手机也属于更广义的消费电子，但其重要性已单独列为第一项。
所以在不同的场景下，Arm设计的IP核也有所不同。
Arm公司官网链接：：https://www.arm.com/
中国官网：https://www.armchina.com/
不同种类的CPU:https://www.armchina.com/armip?dataId=13\&istitle=CPU
| 处理器系列 | 图片 | 定位 | 说明 |
|---|---|---|---|
| Cortex-X（超级大核） |  |
极致性能优先 | 为了追求最高的处理速度，愿意在功耗和芯片面积上做出一定妥协。 |
| Cortex-A（Application，应用处理器） |  |
高性能设备 | 针对运行复杂操作系统（如 Linux、Android）的高性能设备。 |
| Cortex-M（Microcontroller，微控制器） |  |
低功耗嵌入式 | 针对小而低功耗、资源受限的嵌入式设备。 |
| Cortex-R（Real-time，实时处理器） |  |
实时系统 | 针对对响应时间有严格要求的实时系统。 |
Cortex：本意是"大脑皮层"，ARM 借此比喻这些处理器核心是智能设备的"大脑"或"计算中枢"。
2.3.3意法半导体（ST）
任何对功耗、体积、成本或可靠性有严苛要求的领域，都在拥抱这种"集成化"的芯⽚设计⽅法。⽐如汽⻋电⼦、⼯业控制、物联网、智能穿戴等领域，也在⼴泛使⽤这类 SoC 芯⽚⽅案，⽽这些领域中的 SoC，主要是通过 Arm 公司提供的 CPU 核⼼授权来实现的。
然⽽，并⾮所有终端公司都有能⼒、有必要，或愿意承担直接与 Arm 协作、⾃⾏设计并封装芯⽚所带来的巨额成本与⻛险。它们真正需要的，是⼀颗已经封装好、即拿即⽤的完整微型计算机------也就是微控制器（MCU）：它集成了处理器（CPU 核⼼）、存储器、输⼊输出接⼝等功能，买回来直接焊在电路板上就能⽤。
当存在这样⼀个普遍需求时，就必然会有公司站出来解决。意法半导体（ST）正是这样的⻆⾊------它从 Arm 获得 Cortex 系列 CPU 核⼼授权，利⽤⾃⾝在混合信号、存储器等⽅⾯的专有技术，将其设计、封装成⼀颗颗功能完整的 MCU，其中最著名的便是 STM32 系列。特斯拉、⽐亚迪、⼤疆等终端公司直接选⽤这些标准化芯⽚，集成进⾃⼰的产品。
Arm 提供核心 IP 核 → 意法半导体设计制造 CPU → 终端公司选择使用。
意法半导体从 Arm 购买核心，做成 MCU 卖给终端公司。
由于起步早、生态完整，后来者都不得不兼容它，因此学习 MCU 从它开始，是主流选择。
2.3.4 MCU
首先我们来了解 MCU 是什么？
MCU 是 Microcontroller Unit（微控制单元）的缩写，中文常称为单片机（Single Chip Microcomputer）。
它是怎么做的？
从功能上看，MCU 把处理器（CPU 核心）、存储器（Flash、RAM）以及各种输入输出接口（定时器、ADC、串口等）集成在一起，形成一个完整的芯片。
MCU内部除了CPU，还有其他模块。
简单来说，MCU已经是一个被集成在同一芯片上的微型计算机。
MCU如下图所示：
其原理图：
那上面讲述到的Soc与MCU有什么区别呢？
MCU（微控制器）可以看作是一种功能特定、高度集成的"SoC"。SoC 是一个更宽泛的概念，而 MCU 则是这一概念下非常经典的一个分支。
MCU为什么会存在呢？
MCU 是一种专用计算机，专门以低成本解决实时控制问题。它的设计并不追求通用算力，而是在成本、功耗、实时性和可靠性上做极致优化。由于物理世界中的控制需求海量且多样化，任何一款通用处理器都无法同时满足所有控制场景对低成本、低功耗和硬实时的要求。因此，市场必然分化出专门面向控制场景的 MCU 分支。这是"专用胜通用"的商业竞争规律在芯片领域的必然结果，也是 MCU 能够持续存在并不断进化的根本原因。
不同类型的 SoC 有着不同的应用场景：以手机应用处理器为代表的 SoC，主要解决的是算力问题；而以 MCU 为代表的 SoC，则主要解决的是控制问题。
所以对于不同的需求，选择的设备不同。
结论：
MCU 是产业细分之后，一种为低成本实时控制而生的专用计算机。
MCU 之所以存在，是因为物理世界中海量的控制任务（家电、电机、传感器等）对成本、功耗和硬实时响应提出了极高要求，而通用处理器难以在低成本的前提下兼顾这些指标------只有专门为控制而生的 MCU，才能在商业与技术层面成为最优解。
2.4 STM32
各个厂商都会生产 MCU，例如恩智浦（NXP）的 LPC 系列、德州仪器（TI）的 MSP430 系列、国内兆易创新（GD）的 GD32 系列，以及乐鑫（Espressif）的 ESP32 系列。而意法半导体生产的 MCU 系列，则叫做 STM32。
意法半导体的主要产品线包括 STM32 MCU、STM32 Wireless、STM32 MPU 以及 STM8 MCU。其中，我们只需重点关注 STM32 MCU 即可。
后续我们将聚焦于 STM32 的学习。
接下来我们将要了解 STM32 命名从何而来：
STM32 = ST（意法半导体）+ M（微控制器）+ 32（32位）
MCU相当于手机，而STM32就相当于华为手机。
STM32 不仅仅是单一芯片，意法半导体公司针对不同的使用环境制造了不同的芯片。
官⽹ STM32 MCU ⼦系列链接：
https://www.stmcu.com.cn/Product/pro_detail/PRODUCTSTM32/product
STM32 系列产品的命名均以 "STM32" 开头，而后缀字符则决定了该系列产品的定位：
| 系列 | 全称 | 定位说明 |
|---|---|---|
| F | Foundation（基础/通用） | 最基础的系列，应用最为广泛，堪称 STM32 的基石 |
| G | General-purpose（通用型） | 主流高性价比系列 |
| L | Low-power（低功耗） | 专为低功耗场景而设计 |
| U | Ultra-low-power（超低功耗） | 功耗比 L 系列更低 |
| H | High-performance（高性能） | 该系列中性能最强的产品 |
| 产品系列 | 内核架构 | 典型型号 | 核心特性 | 应用领域 |
|---|---|---|---|---|
| 超低功耗系列 | Cortex‑M0+/M3/M4/M33 | STM32L0/L1/L4/L5/U0/U3/U5 | 休眠电流低至280nA，支持动态电压调节 | 智能手表、手环、血糖仪、水表、气表、温湿度传感器 |
| 主流型系列 | Cortex‑M0/M3/M4 | STM32F0/F1/F3/G0/G4 | 性价比突出，外设丰富 | 家电控制、工业传感器、HMI人机界面；空调控制板、洗衣机面板、电子烟、数字电源、电动工具、HMI触摸屏 |
| 高性能系列 | Cortex‑M7/M4/M33 | STM32F2/F4/F7/H5/H7 | 主频达600MHz，支持DSP/FPU | 协作机器人关节控制器、PLC模块、无人机飞控、音频效果器 |
| 无线系列 | Cortex‑M0+/M33 | STM32WB/WL/WBA | 集成BLE/Zigbee/LoRa射频 | 智能门锁、温控器、资产追踪标签、无线传感器节点、智能灯泡 |
| 边缘AI系列 | Cortex‑M7+NPU | STM32N6 | 算力600 GOPS，支持神经网络推理 | 智能摄像头（人员检测）、语音唤醒家电、瑕疵检测设备 |
| MPU混合系列 | Cortex‑A7/A35 + M4/M33 | STM32MP1/MP2 | 双核异构，支持Linux/RTOS | 工业边缘网关、车联网T‑Box、自助售货机、HMI一体机工业网关、边缘计算终端 |
1.可以看到，STM32 系列的产品种类繁多，我们只需对这些型号有一个大致的了解即可。这些 MCU 的开发方式大同小异，后续只要掌握一款 STM32 MCU 的开发要领，自然就能应对其他型号的 STM32 MCU 开发。
2.STM32 是意法半导体⽣产的 32 位 MCU 系列总称，其不同⼦系列 （F/G/L/U/H） 分
别针对通⽤、⾼性价⽐、低功耗、超低功耗、⾼性能等不同应⽤场景，本质上是集成特定功能的微型计算机。
MCU选型：
2007 年，意法半导体（STMicroelectronics）发布了 STM32F1 系列 MCU。这一系列具有突破性的意义，终结了 8 位 / 16 位 MCU 长期以来的统治地位。
但在不同的环境下，STM32F1也有很多的系列，就像华为手机有nova，Mate系列等；
详细链接：https://www.stmcu.com.cn/Product/pro_detail/STM32F103/product
我们后面的学习将会用到STM32F103ZET6
那么STM32F103ZET6的功能:
我们为什么选择 STM32F103ZET6？
其实从教学角度来看，只要是 STM32F103 系列都可以胜任。不过选择 STM32F103ZET6 有一个很朴素的理由------它的 MCU 引脚较多，未来一块板子就能解决同学们几乎所有的入门问题。否则还得设计多块板子，反而增加了初期的理解成本。
总结： 本章从发展角度出发，系统讲解了 ARM 的发展历程、意法半导体的定位、MCU 的作用、STM32 是什么，以及后续的选型问题。 下一节我们会讲到学习时需要用到的软件以及一些注意事项。