【软件开发】上位机 下位机概念
上位机 & 下位机
“上位机”和“下位机”是嵌入式系统和工业控制系统中常见的一组术语，用于描述系统中控制层级关系与通信模式。
上位机（Host / PC / Master）
定义：
上位机通常指运行在 PC、工控机或服务器上的应用程序，用于控制、监视、配置或管理下位机。
典型特征：
- 一般计算能力强（如 Windows/Linux 系统）
- UI 友好，常有图形界面（如 Qt、C#、Python 开发）
- 负责下发控制命令、参数设置，采集数据
- 与多个下位机通信（串口、USB、CAN、Modbus、Ethernet 等）
常见开发语言/平台：
- C#/WPF
- Python（PyQt、Tkinter）
- C++（Qt）
- LabVIEW、MATLAB
下位机（Slave / Device / MCU）
定义：
下位机通常指运行在嵌入式芯片（如 STM32、ESP32、51 单片机等）上的程序，主要负责执行上位机的控制命令，采集传感器数据等。
典型特征：
- 资源受限（如 Flash、RAM 小）
- 实时性强（使用 RTOS 或裸机）
- 通常没有复杂 UI
- 通过串口、CAN、SPI、I2C 等与上位机通信
常见开发平台：
- STM32CubeIDE / Keil / IAR
- FreeRTOS / bare-metal
- Arduino / ESP-IDF / Zephyr
上位机与下位机通信方式
| 方式 | 特点说明 |
|---|---|
| 串口（UART） | 最常见，简单、低成本，点对点通信 |
| USB | 上位机作为 Host，下位机作为 Device |
| CAN 总线 | 适合多机通信，抗干扰能力强 |
| Modbus 协议 | 工业控制常用协议（串口/以太网） |
| Ethernet/TCP | 高速通信，适合传输大量数据 |
| SPI/I2C | 多用于芯片间短距离通信（主从结构） |
举例
比如开发一个智能温控系统：
- 下位机：STM32 单片机 + 传感器模块，定时采集温度数据，通过串口发送给上位机。
- 上位机：PC 上运行的 C#/Qt 程序，读取数据、显示曲线图，设置目标温度阈值，通过串口发送控制命令给下位机。
常见使用场景
- 工业自动化（PLC+上位机 SCADA）
- 医疗设备（监控仪表、数据采集系统）
- 智能硬件（物联网终端 + 配套上位机）
- 机器人控制（控制台软件 + 嵌入式控制板）