单片机解决方案调研
目标：模块化强；底层开发难度低、成本低；低功耗（电池供电）；支持无线通信；具有一定的算力
本文主要讨论3种不同解决方案。Arduino，stm32和C51系列。列出的这三种都是我有过使用经历的。我经验较多的是stm32，没有用arduino做过比较大型的东西。
实际上三者并不能直接比较，Arduino算是一个硬件平台，他的早期，也是最广泛的核心是基于AVR单片机（这种芯片我没单独用过）。
后两者stm32与C51则是两种特定系列的单片机了。
| Arduino | stm32 | C51 | |
|---|---|---|---|
| 模块化 | 强（有很多各种各样现成的模块） | 中（配合开发板使用，可以达到部分模块化的效果） | 中（同stm32） |
| 运算能力 | 中、高（一般使用AVR的算力差，现在有支持STM32系列的和esp32的了） | 中、高 | 低 |
| 功耗 | 低、电池供电足够 | 低（极低）、电池供电足够 | 极低、电池供电足够 |
| 开发难度 | 低、开发速度快、代码易于迭代更新，不必考虑寄存器层面编程 | 较高（寄存器复杂，但ST提供封装的的库函数） | 中（硬件资源少，编程难度高） |
| 价格 | 较高 | 中 | 极低 |
| 支持无线通信 | 支持 | 支持 | 支持 |
| 优点 | 开放周期较短，模块化强，代码移植性强，社区丰富 | 功能强大，增加功能灵活，社区丰富 | 极其便宜，功耗低 |
| 缺点 | 扩展模块可选有限；算力有限； | 开发难度大；程序移植性差； | 算力低下，框架老旧 |
| 总结&建议 | 可选方案。方便开发，算力比较OK；但价格较高。 | 可选方案。芯片功能极其强大；但开发周期和难度可能较长。 | 不建议使用，如果要批量生成且算力要求不高，可以考虑 |
Arduino
Arduino准确的说是一个单片机及其外设的集合，比较经典板子的主控是ATMEL出的AVR单片机，比51系列性能强一点。这个集合之所以出名在于其操作简单，不需要涉及很多底层、寄存器层面的编程。例如，stm32库函数的一大堆命令，在这里只需要一句即可完成功能，并且有相当丰富的外设模块。
总体而言做原型，快速开发的时候，硬件搭设方便，基本不用去设计电路板，画板子之类的，基本上导线连接模块就OK了。代码比较简单易懂的。基本不涉及到寄存器级的操作。总得来说就是开发快。小量定制化还是划算，做产品或者较多数量的成本很高；且由于其代码的高度封装会导致程序效率底下以及资源开销大。
我个人对于Arduino的使用不是很多，还需进一步调研。
该图为比较常见的Arduino型号的单片机的性能参数。原文链接 原文发布于2017年
STM32系列单片机
stm32是st半导体公司向arm公司购买了核心(嵌入式)版权，加上自己的外设生产的一个系列的芯片。其特点是：功能强大、速度快、外设多。STM32比较常见的框架是ARM CORTEX-m3或m4。并且其：寄存器复杂，直接用汇编操作比较麻烦，但ST官方了提供封装的的库函数，现在还出了专门的代码生成软件cube来简化操作。
一个STM32常用型号之间对比：https://blog.csdn.net/ybhuangfugui/article/details/88266385
上图为ST官网对于其系列芯片的简介与分类。
我对于STM32系列芯片的使用比较有经验，我使用的型号为主要为：STM32F1系列和F4系列。
STM32F407这款芯片，使我们机器人队使用的主控芯片，其最高主频可达168MHz（远远大于Arduino的常见型号的16MHz），可见其算力的强大。
我们队内并没有使用STM32系列的开发板，而是买了裸的芯片，之后自己设计了电路板（设计部分我不是很擅长），画板子、印板子、焊板子、改板子这样进行开发，导致开发一代新的主控板周期比较长。
不过市面上也有很多STM32现成的开发板，预留了很多IO接口，初步观察感觉基本满足需求，价格适中，如STM32F4系列的开发板不足100元。使用这种开发板一般也不需要自己设计电路，只需购买不同的模块即可交互使用。
左图的为我近期购买的STM32F1系列的的开发板；右图为STM32F4系列的开发板。例如左边的F1开发板，可以看到这种开发板也像Arduino一样支持很多的扩展功能，而且只需要插接即可。
整体而言，使用STM32系列也绝对可以实现我们的预期目标，使用开发板也基本可以避免电路的设计等工作。由于STM32系列芯片本身功能强大，其上限应该是高于Arduino方案的。但其开发难度会比Arduino方案难上不少。这里指的STM32开发方案是指使用STM32 CUBEMX硬件配置和生成代码模板（HAL库），之后在代码模板上进行开发（一般使用IAR作为IDE）。
Arm Cortex
Cortex-M分为：M0，M0+，M3，M4，M7
M0，M0+：基础版本，无高性能的MCU；
M3：目前最主流的设计内核选型，应用范围广；
M4：相比于M3的内核来说，M4处理器添加了DSP，和专门的FPU（浮点数处理单元）；重点解释一下：对于CPU（不是SOC）来说，运算浮点类型的数据是很麻烦的一件事，在选型的时候，如若用应用的领域需要大量浮点数据的运算的时候，那么就要选择M4的内核，M4会大大提高处理器性能和运算速度，而如果要要处理的浮点数据不多，则可以直接选择M3内核处理器。
M7：性能好和功耗高兼具，适合追求极致性能项目；
Arduino 与 STM32
通过进一步的了解，我发现了arduino支持了STM32的开发！即可以使用Arduino的IDE来编程。这样可能会降低部分开发难度。
github链接https://github.com/rogerclarkmelbourne/Arduino_STM32。目前支持STM32F4和F1系列，其可以将Stm32F103（主要）系列单片机刷入Arduino的Bootloader，并且使用Arduino的编译器和IDE来完成代码的编写，省去了一大部分配置寄存器和学习的时间，完整的性能和灵活性还有待探究。
同时也有一个类似于arduino+STM32的project，其链接如下。https://www.leaflabs.com/maple。该板子在淘宝有售，其芯片使stm32f103 arm cortex-M3 32位处理器，主频最高可达72MHz，远远大于常见的Arduino的8位（AVR）MCU。
Leaf Maple 是一个类似Arduino的开发平台，使用的Cotrex M3内核的32位MCU，所以要比Arduino的8位（AVR）MCU强悍很多，有更高的主频，更丰富的资源。 Leaf Maple也提供了一个类似Arduino IDE的IDE， 并且很多简单上层函数兼容Arduino的函数库，让移植库和代码变得相当简单。比起使用CubeMX+IAR来开发一个STM32项目，使用leaf maple会节省很多时间，更适合初学者和需要快速原型开发的用户。
Arduino新品M5Stack（使用esp32）
Arduino的生态总体来讲还是很好用的，目前了解到一款模块化极强，性能出色，上市时间不长的支持Arduino开发平台的开发板。M5系列。
M5Stack是一种模块化、可堆叠扩展的开发板，每个模块一般为5cmX5cm的尺寸，这也是M5Stack名字的由来。与常规的开发板不同，M5Stack更注重产品形态的完整性，更注重用户的应用场景和研发的简易性，M5没有密密麻麻的飞线，没有错乱无章的接口插头，不需要繁琐的开发流程，简简单单、轻轻松松地完成高质量的电子原型创作。（官方介绍）
M5Stack主要采用ESP32芯片体系，CORE主机内已集成了240M双核主频CPU（esp32）、 WiFi、蓝牙、2.0寸彩色屏幕LCD、扬声器、按键、TF卡、陀螺仪以及内置电池（部分有）。CORE基本满足一般的功能需求，功能模块Function Module则根据应用的情况选择，比如电机驱动、信号采集、通信等功能。另外，也会配备不同的应用底座及配件，方便用户做出高质量的研发。
比如其Basic款。其内含2.4G Wi-Fi和蓝牙4.0。外设接口有Type-c，I2C，GPIO和UART接口（数量较少）。
简易方案
简易方案均假定使用2个加速度传感器，并且保证支持WIFI通信，均基本不需要大量焊接（基本做线之类的还是需要的）
| Arduino(M5Stack) | STM32 | |
|---|---|---|
| CORE MCU Unit | M5Stack Basic 支持I2C总线，内置WiFi 200￥ | STM32F103最小开发板 100￥ |
| Senor | ADXL345三轴加速度 * 2 (I2C总线 ±16g 13位分辨率) 30￥ | MPU6050 三轴加速度+三轴陀螺仪 I2C接口 25￥ |
| WiFi | ATK-ESP8266 串口转WIFI模块 28￥ | |
| Battery | 内置110mAh 锂电池 | 5V锂电池 20￥ |
