1.单片机基础组成？什么是单片机？

单片机(Microcontroller Unit, MCU)是一种集成电路芯片,它包含了中央处理器(CPU)、存储器(ROM和RAM)、输入/输出接口(I/O)等基本功能单元,并集成在同一块硅片上。单片机的基本组成包括:

1.中央处理器(CPU)负责执行程序指令,进行数据运算和逻辑控制。常见的CPU架构有8位、16位和32位。

2.存储器包括:

1. 只读存储器(ROM)用于存储固定的程序和数据。
2. 随机存取存储器(RAM)用于存储运行时的临时数据。
3. 有些单片机还集成了可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或闪存(Flash)用于存储可更新的程序和数据。

3.输入/输出接口(I/O)用于与外部设备进行信号交互,如开关、传感器、执行机构等。

4.定时器/计数器用于产生定时脉冲或计数外部事件,实现时间控制功能。

5.中断控制器用于管理各种中断源,提高系统的实时响应能力。

6.通信接口如串行接口(UART)、SPI、I2C等,用于与外部设备进行数据通信。

2.MCU、SOC、FPGA、DSP，都是什么？

1.MCU (Microcontroller Unit) - 单片机

1. MCU就是单片机不多做解释。

2.SOC (System-on-Chip) - 系统级芯片SOC

1. 是一种高度集成的芯片,将多种功能模块集成在一个芯片上,形成一个完整的系统。
2. 典型的 SOC 包括 CPU、GPU、内存、通信模块、传感器接口等,可以集成数十到上百个功能模块
3. SOC 可以为复杂的电子产品提供全面的解决方案,大大简化了系统设计和制造。

我再来总结下，低端的SOC本质是MCU内核，只是在51/ARM内核基础上增加了特定功能外设模块重新封了一款芯片。如果用MCU去完成一些特定功能，比如说蓝牙协议，Zigbee协议，电量计量等等会比较麻烦，研发周期长，稳定性差，成本也更高。

3.FPGA (Field Programmable Gate Array) - 现场可编程门阵列

FPGA 的全称为 Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列。 FPGA 是在 PAL、 GAL、 CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物， 是作为专用集成电路（ ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 简而言之， FPGA 就是一个可以通过编程来改变内部结构的芯片。

1.FPGA 功能实现：

需要通过编程即设计硬件描述语言，经过 EDA 工具编译、综合、布局布线成后转换为可烧录的文件，最终加载到 FPGA 器件中去，改变 FPGA 内部的连线，最终完成所实现的功能。

2.FPGA 性能对比：

FPGA 相比于单片机、 CPU 等集成电路芯片拥有效率更高、功耗更低的特点，但是易于开发程度远远不如单片机、 CPU； 在数字芯片设计领域， FPGA 虽然相比 ASIC 具有更短的开发周期与开发难度， 但是其存在着成本过高、性能较差并且在资源的利用率上远不及 ASIC 等问题，不能真正的替代 ASIC。

4.DSP (Digital Signal Processor) - 数字信号处理器DSP

DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

优点:

1. 高性能计算能力DSP 采用专门的硬件架构,如乘法累加器、寄存器文件等,能够高效地执行数学运算密集型的信号处理算法。相比通用 CPU,DSP 在执行滤波、变换、编解码等信号处理任务时具有显著的性能优势。
2. 低功耗DSP 的硬件架构针对信号处理进行了优化,在执行相同任务时,功耗通常低于通用 CPU。这使得 DSP 非常适用于电池供电的便携式设备,如手机、MP3 播放器等。
3. 实时性强DSP 擅长处理连续的实时数据流,能够满足音频、视频等实时信号处理的要求。相比通用 CPU,DSP 具有更好的实时性和确定性。
4. 广泛应用DSP 广泛应用于音频、视频、通信、雷达等领域,是信号处理领域不可或缺的核心组件。

缺点:

1. 编程复杂度高DSP 的硬件架构和指令集与通用 CPU 有较大差异,编程和调试较为复杂,需要专业的知识和经验。
2. 功能专一DSP 主要针对信号处理任务进行优化,在执行通用计算任务时,性能可能不如通用 CPU。
3. 成本相对较高由于 DSP 的专用硬件架构和定制化设计,其成本通常高于通用 CPU。

DSP与MCU的区别

    DSP采用的是哈佛结构，数据空间和存储空间是分开的，通过独立的数据总线在程序空间和数据空间同时访问。而MCU采用的是冯诺依曼结构，数据空间和存储空间共用一个存储器空间，通过一组总线连接到CPU。在对性能要求不是很高的情况下，MCU还是很具有优势的。

DSP与ARM的区别

    ARM是Advanced RISC(精简指令集) Machines 的缩写，是面向低预算市场的RICS微处理器。ARM有比较强的事务管理能力，适合于用来跑跑界面、操作系统，优势体现在控制方面。

DSP与FPGA的区别

    FPGA是Field Programmable Gate Array(现场可编程门阵列)的缩写，是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成电路中集成度最高的一种。具有静态可重复编程和动态在系统在系统中重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程修改。

3.单片机的程序在哪里存储？

在描述单片机程序时，需要区分"运行时"和"非运行时"

非运行时的单片机程序在ROM内的分布

下图就是通过单片机下载工具烧录到单片机Flash里面去之后的Flash空间区域分布图：

其中：

Code：为程序代码部分

Ro-data： 表示程序定义的常量（const修饰的常量、#define 宏定义等）;

Rw-data： 表示已初始化的全局变量

Zi-data： 表示未初始化的全局变量（Zi-data可以表示RAM未上电时整个区域的状态，或者上电初始化之后未被使用的区域，上表仅仅描述的是ROM区域的空间分布）

而栈区(stack)、堆区(heap)、全局区（静态区）(static)、文字常量区和程序代码区和上面所介绍的Code、Ro-data等的关系。

1、栈区（stack）：由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。 这些值是可读写的，那么stack应该被包含在RW-data(读写数据存储区)，也就是单片机的sram中。

2、堆区（heap）：一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。可以理解，这些也是被包含在单片机的sram中的。

3、全局区（静态区）（static）：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域，程序结束后由系统释放。这些数据也是可读可写的，和stack、heap一样，被包含在RAM中。

4、文字常量区：常量字符串就是放在这里的。这些数据是只读的，分配在Ro-data(只读数据存储区)，则被包含在flash中。

5、程序代码区：存放函数体的二进制代码，可以想象也是被包含在flash，因为对于MCU来说，当其重新上电，代码还会继续运行，并不会消失，所以存储在flash中。

下图是初始化之前的ROM和RAM中的数据分布：

1、未初始化之前的RAM里面所有区域都是随机的值即：Zi-data

运行时的单片机程序在RAM内的分布

下图是初始化之后的ROM和RAM中的数据分布：

1、初始化的时候会由Boot程序（进入main函数之前）拷贝Flash里面的Rw-data区域到RAM

下图是初始化之后正常运行时，单片机内ROM和RAM区域分布图：

• 上电初始化之后Flash的Rw-data就不会再使用了，除非重新上电、复位了boot才会重新从ROM（Flash）中拷贝Rw-data区域到RAM中去。
• 运行时，根据上一节对哈佛模型的描述（51内核、Cortex-M3、Cortex-M4是哈佛模型）,程序存储区对应ROM（Flash）数据存储区对应RAM，如此这般两个区域就是物理上的分开的–经典的哈佛模型。

4.单片机程序的BIN文件和HEX文件的区别？

单片机程序的BIN文件和HEX文件的区别

• Bin文件是存放在Flash上的文件
• HEX文件，需要将Bin文件转为Hex文件是一种文件中有地址的文件，其目的是便于单片机烧录工具按照文件中地址进行烧录

运行时：单片机程序运行起来以后，代码是在ROM（Nor Flash）上面跑的，数据是在RAM上面的，描述的就是ROM和RAM两个层面。

非运行时：单片机程序没有运行时（没有上电），针对的描述是单片机程序（bin）文件在ROM（Flash）上的分布

注意，如果使用Flash读取工具从单片机的Flash上完整读出来的文件可能是bin文件但绝对不是hex文件！

5.ROM和RAM都有哪些常见的？

ROM 类型:

RAM 类型:

6.操作系统和单片机的内存分布对比？

由于单片机应用领域是极端成本为导向的，单片机和操作系统的所处环境不同 RAM和ROM的使用方式也不同。

总结来说就是，单片机的代码是在ROM即支持XIP的Nor Flash上面跑，数据是在RAM上面的，而操作系统应用程序的代码、数据是完全加载到RAM里面运行的（这里不考虑分页、虚拟内存）

书写不易留个小花吧!!