【技术】MCU芯片的分类及与MPU、SoC的区别
MCU指的是微控制单元,严格意义上来讲可以看成CPU的频率与规格的缩减,重要性仅次于CPU。具体来说,是将CPU的频率和规格缩减,同时,将计数器、内存、USB和A/D转换等整合到同一个芯片上,从而形成芯片级计算机,以达到对不同应用场合作出不同组合控制的目的。另外,MCU芯片应用场景非常广泛,比如可应用在校园卡、身份证、家用电器以及红绿灯等,重要性丝毫不输CPU。
MCU芯片种类
(1)按照应用领域
可分为通用型和专用型。专用型MCU其硬件和指令是按照某种特定用途设计的,例如用于体温计的单片机、用于洗衣机的单片机等。通用型MCU将可开发的资源(ROM、RAM、I/O、EPROM)等全部提供给用户,功能相对更全面。在通用型的单片机中,8位单片机成本低,价格廉,便于开发,其性能能满足大部分需要,只有在航天、汽车、机器人等高技术领域,需要高速处理大量数据时,才需要选用16位MCU、32位MCU。而在一般工业领域,8位通用型单片机,仍然是目前应用最广的单片机。
(2)按照指令集
可分为CISC(复杂指令集架构)和RISC(精简指令集架构)两类。据统计,2020年中国通用型MCU市场规模中,CISC占比24%,RISC占比76%。按照存储器结构:可分为哈佛(Harvard)结构和冯诺依曼(Von Neumann)结构。现在的单片机绝大多数都是基于冯诺伊曼结构的,这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分:1)中央处理器核心;2)程序存储器(只读存储器或者闪存)、数据存储器(随机存储器);3)定时/计时器;4)与外围设备进行通信的输入/输出端口,所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。
(1)MCU与MPU
MCU是基于CPU发展起来的主控芯片,与之类似的MPU和SoC是CPU应用于高性能计算领域的产品。MCU、MPU、SoC均可作为设备的主控,AIoT通常会将SoC、低功耗MCU搭配使用。CPU(Central Processing Unit):是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。差不多所有CPU的运作原理可分为四个阶段:提取、解码、执行和写回。CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令,放入指令寄存器,对指令译码,并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。MPU(Micro Processor Unit):即微处理器单元,通常代表功能强大的CPU,可理解为增强型CPU ,这种芯片往往是计算机和高端系统的核心。把所有组件小型化到一块或多块集成电路里,MCU集成了片上外围器件而MPU没有集成片上外围器件。例如嵌入式开发者最熟悉的ARM的Cortex-A芯片,他们都属于MPU。
(2)MCU与SoC
SoC(SystemonChip):是指片上系统,即将多个电子系统集成到单一芯片上,其可以处理数字信号、模拟信号甚至混合信号,常应用在嵌入式系统中。SoC是系统级芯片,同时具有MCU高度集成化和MPU超强计算能力的特点,即拥有内置RAM和ROM的同时又像MPU那样强大。SoC可以存放并运行系统级别的代码,即可以运行操作系统(以LinuxOS为主)。可以这样对比来看:MCU只是芯片级的芯片,而SoC是系统级的芯片,它集成了MCU和MPU的优点,即拥有内置RAM和ROM的同时又像MPU那样强大。
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