實例一：智能臺燈

該臺燈首發(fā)價格為399元，月銷上萬，可以說是一款月流水千萬級的產(chǎn)品。相較于傳統(tǒng)臺燈，主要增加了亮度、色溫調(diào)節(jié)和手機(jī)控制，身價也漲了幾倍，該智能臺燈如圖 2.1.1 所示，功能如下：

1. 可以根據(jù)外部光照情況，自動調(diào)整臺燈亮度、色溫；

2. 可以手動調(diào)節(jié)臺燈亮度、色溫；

3. 一鍵切換到讀寫場景模式和閱屏場景模式；

4. 支持番茄時鐘，每隔25分鐘，燈光提醒用戶休息；

5. 支持手機(jī)連接，通過手機(jī)或手機(jī)語音控制；

該智能臺燈的底座為控制面板，拆解該底座即可看到內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，如圖 2.1.2 所示?？梢钥吹嚼锩嬷饕袃蓚€芯片，根據(jù)芯片上面的絲印標(biāo)識可知，一個是RTL8710B，一個是SN8F5828FC。

從互聯(lián)網(wǎng)搜索“RTL8710B”可知，該模塊是一個高集成度低功耗Wi-Fi連接解決方案，里面是一顆瑞昱(Realtek)生產(chǎn)的ARM-Cortex M3架構(gòu)的32位MCU——RTL8710B。該模塊封裝好了Wi-Fi協(xié)議，用戶只需要通過SPI/SDI、I2C或UART與模塊連接，即可控制Wi-Fi收發(fā)數(shù)據(jù)。

從互聯(lián)網(wǎng)搜索“SN8F5828”可知，該芯片是松翰(Sonix)生產(chǎn)的一款8051架構(gòu)的8位MCU，通過下載該MCU的芯片手冊可知，該MCU有多達(dá)14個PWM通道，可用于控制LED燈的亮度，另外還有UART和I2C，可用于與其它模塊通信。

根據(jù)以上分析，大致猜測該智能臺燈的整體設(shè)計框圖如圖 2.1.3 所示。

光照傳感器會隨著外界光照情況變化自身阻值，主控MCU通過ADC獲取電壓變化，即可得知外部光照變化，控制PWM輸出修改占空比，調(diào)整亮度和色溫；觸摸按鍵按下后，會讓主控MCU的GPIO引腳電平產(chǎn)生變化，MCU程序讀取GPIO電平獲知按鍵操作，進(jìn)而控制PWM輸出修改占空比，調(diào)整亮度和色溫；主控MCU先控制Wi-Fi模塊連接到互聯(lián)網(wǎng)，與云端連接，手機(jī)APP的按鍵操作或語音輸入轉(zhuǎn)換成對應(yīng)控制指令發(fā)送給云端，云端將指令發(fā)送給Wi-Fi模塊，再通過UART接口發(fā)送給主控MCU，主控MCU解析指令后，控制PWM輸出修改占空比，調(diào)整亮度和色溫；用戶通過按鍵設(shè)置為番茄時鐘模式，主控MCU則利用自身定時器計算時間，當(dāng)為25分鐘時，控制PWM輸出修改占空比，調(diào)整亮度和色溫。

實例二：智能手環(huán)

該手環(huán)首發(fā)價格為299元，作為近幾年的熱門智能產(chǎn)品，銷量可觀。如今智能手環(huán)主打健康檢測，功能全面，因此需要的傳感器也越來越多。加上功耗和尺寸的限制，手環(huán)的主板集成度越來越高，足以媲美手機(jī)內(nèi)部。該智能手環(huán)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2.1.4 所示，主要功能如下：

1. 彩色I(xiàn)PS觸摸屏，顯示時間、健康信息、設(shè)置鬧鐘；

2. 鬧鐘、消息震動提醒；

3. 記錄跑步數(shù)據(jù)；

4. 測量當(dāng)前心率；

5. NFC刷公交、地鐵；

6. 藍(lán)牙連接手機(jī)，進(jìn)行系統(tǒng)升級或接收手機(jī)消息；

可以看到該智能手環(huán)內(nèi)部芯片非常多，根據(jù)上面的絲印可知芯片型號，再搜索對應(yīng)型號可知每個芯片的作用，這里整理如下。

• STM32L496VG：STMicroelectronics公司產(chǎn)品，ARM Cortex-M4架構(gòu)的32位MCU，主頻可達(dá)80

• MHz，這里作為整個系統(tǒng)的主控；

• PN80T：NXP和Garmin聯(lián)合出品，一款面向可穿戴設(shè)備的安全便捷的NFC移動支付芯片，接口為SPI或I2C；

• DA14580：Dialog公司產(chǎn)品，一款A(yù)RM Cortex-M0架構(gòu)的32位低功耗的藍(lán)牙芯片，接口為UART、 SPI或I2C；

• MAX14745K：Maxim公司產(chǎn)品，一款面向低功耗的可穿戴設(shè)備的電池充電管理解決方案芯片，接口為I2C；

• AFE4410：TI公司產(chǎn)品，一款用于心率檢測的芯片，接口為SPI或I2C；

• IQS620：Azoteq公司產(chǎn)品，一款用于接近感應(yīng)芯片，可檢測手環(huán)是否佩戴上，接口為I2C；

• LIS3DH：STMicroelectronics公司產(chǎn)品，一款超低功耗的高性能三軸線性加速度計，可檢測當(dāng)前手環(huán)的運動狀態(tài)，接口為SPI或I2C；

• GD25LQ64CWIG：GigaDevice司產(chǎn)品，一款64M的SPI接口Flash，可用于存儲手環(huán)的主題數(shù)據(jù)包、圖片數(shù)據(jù)等；

根據(jù)以上分析，大致猜測該智能手環(huán)的整體設(shè)計框圖如圖 2.1.5 所示。

前面智能臺燈，整體框架比較簡單，一般MCU運行裸機(jī)即可完成任務(wù)。智能手環(huán)整體框架就比較復(fù)雜了，一般都運行有操作系統(tǒng)RTOS。主控STM32L496VG接收來自藍(lán)牙、NFC、三軸加速度計、接近感應(yīng)傳感器、心率傳感器和屏幕觸摸的數(shù)據(jù)，通過特地算法整合后，在OLED圖形化的展示給用戶，與用戶之間進(jìn)行交互。

實例三：電視盒子

如今家庭電視也朝智能發(fā)展，傳統(tǒng)電視加上電視盒子，搖身一變?yōu)橹悄茈娨?。目前市面上的電視盒子種類繁多，但其基本功能還是一致的，基本功能如下：

1. 高性能的處理器、大存儲空間，安裝應(yīng)用程序，播放高清視頻；

2. 支持有線或無線連接網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)在線播放；

3. 支持HDMI或AV輸出音視頻；

4. 支持USB接口；

5. 支持紅外遙控；這里拆解某電視盒子，如圖 2.1.6 所示內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要的芯片有四個，整理如下。

• Hi3798：華為公司產(chǎn)品，ARM Cortex-A53架構(gòu)的64位4核MPU，主頻高達(dá)2.0GHz，高性能多核GPU Mali T720，擁有強(qiáng)大的視頻、音頻編解碼，擁有一個HDMI 2.0接口、兩個千兆網(wǎng)口接口、一個USB2.0接口、兩個USB 3.0接口，一個IR紅外接收接口、兩個SDIO 3.0接口、多個I2C接口等，圖中被散熱器擋??；

• D2516ECMDXGJD：Kingston公司產(chǎn)品，為嵌入式設(shè)計的低功耗DRAM，單個256MB，這里有兩顆，

• 總計512MB；

• SDINBDG4-8G：Sandisk公司產(chǎn)品，高可靠耐用的eMMC閃存芯片，容量為8GB；

• RTL8822BS：Realtek產(chǎn)品，支持2.4G/5G的雙頻WiFi&Bluetooth模塊，接口為SDIO，圖中被屏蔽罩擋住；

根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，猜測該電視盒子的整體設(shè)計框圖如圖 2.1.7 所示。

電視盒子的整體框圖比較簡單，但其難度不低，一般運行Linux/Android系統(tǒng)，無論是軟件復(fù)雜度還是硬件復(fù)雜度，都比一般的MCU項目復(fù)雜。MPU性能強(qiáng)大，接口繁多，像有線網(wǎng)口、HDMI接口、AV接口、USB接口都直接支持，這些接口MCU一般都沒有。除此之外，MPU項目都外接RAM和Flash，根據(jù)項目需求選擇合適大小，大小也遠(yuǎn)超MCU項目。

【總結(jié)】

以上三個嵌入式產(chǎn)品實例，代表了嵌入式的三個方向。第一個是無操作系統(tǒng)的MCU項目，第二個是運行RTOS的MCU項目，第三個是運行Linux/Android的MPU項目，本手冊主要涉及MCU，也就是前兩個項目。讀者理解了它們的共性，也就理解了什么是嵌入式系統(tǒng)。

1. 以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件/硬件可裁剪，實現(xiàn)應(yīng)用需要的功能；

2. 對功能、可靠性、成本、體積、功耗有一定的要求；

3. 實現(xiàn)對其它設(shè)備進(jìn)行控制、監(jiān)視或管理的功能；

4. 簡單的說，除了通用計算機(jī)(讀者使用的電腦)和部分服務(wù)器外的一切計算機(jī)系統(tǒng)，都是嵌入式系統(tǒng)；