51单片机真的过时了吗?单片机、ARM、DSP、FPGA/CPLD

现在在大学里，51单片机仍是电子类专业必修的课程，然而这几年随着ARM的火爆，很多51的学习者有了专业一个疑问：既然大家都在用ARM，我们为什么还要学51？而且找工作的时候人家也比较关注有过ARM使用经验的。
为了解决这个疑问，我们首先需要分清下面几个概念：单片机、ARM、DSP、FPGA/CPLD，这几个关键词是学习电子的人常见的几种芯片（我不知道该统称什么，姑且这么叫吧）。这几个词要分类的话首先要把FPGA/CPLD和其他的分开，因为FPGA/CPLD的原理和单片机、ARM、DSP不同。
FPGA/CPLD 是通过硬件实现功能的，FPGA是Field－Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列；CPLD是Complex Programmable Logic Device的缩写，即复杂可编程逻辑器件。通过名字可以看出，二者都是可编程的逻辑器件，即实实在在的硬件，通过对硬件编程以实现某种特定功能。说直白一些，二者就是一个与非门或者或非门阵列。由于所有的逻辑式子都可以变换成与非结构或者或非结构，因此所有的逻辑功能都可以通过FPGA/CPLD实现，编程后的芯片相当于一个数字芯片，如加法器，移位寄存器等。二者的区别在于FPGA是基于RAM结构的，CPLD是基于ROM机构的，这些不是本次讨论的重点，不再赘述。
再说单片机和ARM及DSP的关系，单片机是“单片微型计算机”的简称；ARM是Advanced RISC Machines的简称，它只是一家微处理器设计企业的名字，因此ARM是他们设定的微处理器的统称；DSP是Digital Signal Processing的简称，即数字信号处理。了解了这些，我们可以说单片机是所有所有MCU（微型控制单元）的统称，ARM是DSP只是他们的一种，ARM属于用公司名称的一种称呼，而DSP则是根据功能（数字处理）命名的一种称呼。但是，在行业内，单片机一般特指8位或16位的MCU，在本文中仍采用大家熟悉的叫法，把单片机和ARM放在并列的位置。
了解了这些，我们还需要了解一个问题，什么是51单片机。这个问题本不想说，可是看到有人说51是AT89C51的简称，所有觉得有必要提一下。1980年，Intel推出了首款单片机8051（这个8051有可能是公司内部的设计编号，我没有找到为什么叫这个），之后又陆续推出了与8051指令完全相同的8031、8032、8052等系列的单片机，初步形成了MCS-51系列。 1984年，Intel出售了51核，此后，世界上出现了上千种51单片机，如爱特梅尔、飞利浦，华邦，还有国内的宏晶等。51单片机泛指所有兼容 8051指令的单片机。当然，一些公司购买51核后增加了一些功能或者寄存器等，增加的这些东西是不兼容的。于51单片机处于并列关系的有AVR系列，PIC系列等，他们的区别在于虽然都属于8位机（PIC系列的有16位的），但所使用的指令集不同，这也就是区别一个单片机系列的一种方法。
51 单片机过时了吗？要了解怎么一个问题，首先得搞清楚51单片机在市场中的应用情况以及将来的发展情况。众所周知，自从ARM出现以来，短短的几年内便出现了ARM7、ARM9、M3、M4、A8、A9、A10等等多个系列，其性能也得到了飞速发展，以其高性能，低价格，低功耗等优势迅速占领了MCU的江山，比起当年的51有过之而无不及。作为32位机，其性能是毋庸置疑的，即便是相同的时钟速率，32位机的处理一些数据的速度也要快于8位机，如一个32 位的加法运算，8位机至少需要4个周期，而32位机只需要一个周期即可完成。ARM的优势在于较高的处理速度，还有丰富的外设资源，还有就是较大的数据和程序存储空间。相比之下，51单片机就没有优势了吗？当然不是，51单片机的优势在于小巧的内核，成熟的技术（其实现在ARM的技术也很成熟），还有就是位操作。在相当多的应用场合，我们并不需要ARM如此强大的处理功能和速度，而是只需要简单的控制，51单片机已经完全可以满足实际的需求，这样一来，ARM的优势便显的不再重要，而51的位操作则是ARM达不到的，也许你会说ARM同样可以实现位操作，但如果你了解的比较深的话会发现，ARM的位操作是通过移位，与或等操作之后实现的，而51单片机则又位寻址空间，是真正的位操作。再一个就是价格，在价格上最便宜的ARM好像已经降到了0.5美元（可能是这个价格，记不清了），而最便宜的51可能是0.5RMB。但一些中档的ARM则要比高端的51单片机便宜了。十几或者几十RMB的ARM的性能是同价格的51单片机无法比拟的。此外，由于51内核简单，一些高端的51增加的功能使得他们的51单片机操作起来变得异常复杂，而且不同厂家的操作完全不同，这样就增加是使用的难度。综合看来，在高端或者中端应用方面，51单片机已经没有了任何优势，其市场主要是一些老产品或者不想学新东西的老工程师在支撑，其消亡也是必然的。然而在低端应用方面，51仍然可以占有一席之地，除了操作和价格上的微弱优势，其更大的优势在于学习简单。.
从学习角度来讲，衡量是否学会一个MCU的标准应该是你写的程序你应该知道他是怎么执行的，应该具体到某一个指令所涉及到的寄存器，看到一个指令之后脑子里应该是一串01运算才行，而不是可以简单的应用了。虽然现在很多公司推出的新产品都给出了固件库，可以使工程师更快的进行编程使用。但是，这样的结果是使更多的硬件工程师变成纯软件工程师而已。你会对一个芯片编程，但你并不了解他。也许有人说，反正我能用了就行了，干嘛非要了解它呢。其实这样想就错了，要想真正的用好一个芯片。不了解他是不行的，甚至不深入全面的了解都是不行的，一些硬件上的简单改动有可能使系统的性能发生很大的变化。因此要想设计一个比较好的产品，必须对芯片本身有一个深入的了解。在这方面，51单片机由于内核简单，很容易上手并容易深入了解。学习起来比较简单。熟练掌握了51，再学习其他的芯片，如ARM也是很简单的，因为所有的微控制器的功能结构框架都是一样的，了解了一种之后再学习另一种很简单。相比复杂的ARM结构，51结构就显的很简单了，甚至可以认为，ARM是在51的结构上增加的许多功能模块构成的，虽然二者的结构并不真的相同。
前几天在论坛里看到有人呼吁，别学51了，改学ARM吧。我觉得这样的人应该属于二者都没有学好的人，二者的区别和联系肯定不清楚才这样喊的，同时有过51和ARM学习经验的人应该知道，学精了51再学ARM所用的时间只不过是看一遍芯片手册的时间（有些夸张），而直接以ARM作为MCU入门的话则要费很大的劲。对于一个从来没有接触过单片机的人来说，面对复杂的ARM手册往往会感到无从下手。可以这样比喻一下，学ARM是一口气登上一座高山，而学51相当于到了半山腰。在半山腰上的风景虽不及山顶，却仍可有所作为。而再从半山腰的高度上山，难度自然减小了。至于有人抱怨说找工作的时候没人要只会51的，我觉得应该这样看这个问题，学51和学ARM并不存在冲突，了解了51只后当然可以再学ARM。
我觉得，即便将来51的应用没落了，学习51仍是一种不错的入门手段，就行学计算机的一直在学X86一样。我不反对直接选择ARM入门，但却反对那些不了解51就呼吁大家放弃51的人。作为电子产品的设计者，如何在种类繁多的MCU中选择自己合适的一款才是最重要的。
虽然不可否认51单片机越来越多的被高端产品，尤其是ARM所替代，但我仍觉得51单片机没有过时，学习51单片机也没有过时！

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