第6章：嵌入式系统基础

嵌入式系统是物联网设备的“大脑”。市面上有众多的硬件平台，选择合适的平台是项目成功的第一步。本章将介绍四种最主流的开发平台。

6.1 Arduino 开发

Arduino 是电子爱好者的首选，也是快速原型的最佳工具。

• 硬件特点：基于 AVR 单片机（如 ATmega328P），资源较少（Flash 32KB, RAM 2KB），通常不带网络功能（需外挂模块）。
• 软件生态：拥有极其丰富的库函数，几乎所有传感器都有现成的 Arduino 库。
• 编程语言：C/C++（简化版，Wiring 语言）。
• 适用场景：简单的传感器读取、电机控制、教学演示、非联网设备。
• 经典型号：Arduino Uno R3, Arduino Nano。

6.2 ESP32 / ESP8266 开发

由乐鑫科技推出的高性价比 Wi-Fi 芯片，是目前物联网开发的主力军。

• 硬件特点：
  • ESP8266：集成了 Wi-Fi，主频 80MHz。
  • ESP32：双核 240MHz，集成 **Wi-Fi + 蓝牙 (BLE)**，丰富的外设（Touch, DAC, CAN）。
• 软件生态：完美兼容 Arduino 生态，同时也支持 MicroPython 和原生的 ESP-IDF。
• 适用场景：智能家居设备、Wi-Fi 摄像头、物联网网关。
• 优势：性能强大且价格低廉（ESP32 模组仅需十几元）。

6.3 Raspberry Pi (树莓派) 开发

树莓派不是单片机，而是一台运行 Linux 系统的微型电脑。

• 硬件特点：基于 ARM Cortex-A 系列处理器，拥有 GB 级内存，支持 HDMI 显示、USB 接口、以太网口。
• 软件生态：运行完整的 Linux (Debian)，支持 Python, Node.js, Java, Docker 等高级语言和工具。
• 适用场景：
  • 边缘计算网关：处理复杂逻辑、运行数据库。
  • 多媒体中心：人脸识别、视频流推流。
  • 服务器：运行 Home Assistant 等智能家居平台。
• 编程方式：主要使用 Python 控制 GPIO。

6.4 STM32 开发

STM32 是工业界最常用的 ARM Cortex-M 系列微控制器。

• 硬件特点：产品线极广，从低功耗 (L系列) 到高性能 (H系列)，外设极其丰富且专业（如高精度定时器、高速 ADC）。
• 开发方式：
  • HAL 库：ST 官方提供的硬件抽象层，开发效率高。
  • CubeMX：图形化配置工具，自动生成代码。
  • RTOS：常配合 FreeRTOS 或 RT-Thread 运行实时操作系统。
• 适用场景：工业控制、无人机飞控、精密仪器、消费电子。
• 优势：稳定、可靠、实时性强。

6.5 选型指南

有了大脑和感官，物联网设备还需要学会“说话”。下一章我们将学习物联网的通用语言——通信协议。