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本文摘要:MPU和MCU是微处置惩罚器与嵌入式系统领域比力重要也比力容易混淆的两个观点。MPU的全称叫Micro Processor Unit,MCU的全称是Mirco Controller Unit。首先这两个词都有一个Micro开头,其实这就讲明了这是盘算/控制单元小型化后泛起的技术。 事实上,这是由于集成电路进步带来的盘算机系统集成水平提高的效果。使得原来有多片分立的元件组成的盘算机系统向高度集成化生长,多个芯片/元件的功效在向一颗芯片集中。 这是一个大的技术演进的配景。

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MPU和MCU是微处置惩罚器与嵌入式系统领域比力重要也比力容易混淆的两个观点。MPU的全称叫Micro Processor Unit,MCU的全称是Mirco Controller Unit。首先这两个词都有一个Micro开头,其实这就讲明了这是盘算/控制单元小型化后泛起的技术。

事实上,这是由于集成电路进步带来的盘算机系统集成水平提高的效果。使得原来有多片分立的元件组成的盘算机系统向高度集成化生长,多个芯片/元件的功效在向一颗芯片集中。

这是一个大的技术演进的配景。但在技术演进历程中,泛起了两种差别的需求。这两种需求就是“以软制硬”和“以硬助软”两种模式。所谓以软制硬,就是通过运行一段软件/法式来控制硬件,也就是所谓的程控。

在这种使用模式中,盘算机系统不负担主要的事情负载,而主要是起辅助/协调/控制作用。因此这种情况下集成的化的盘算机系统就不太需要强大的盘算/处置惩罚能力。所以对应的形态应该是运行频率低、运算能力一般,可是需要集成化水平高(使用利便)、价钱低廉(辅助系统不应增加太多成本)等因素。

由于主要完成“控制”相关的任务,所以被称为Controller。也就是凭据外界的信号(刺激),发生一些响应,做一点简朴的人机界面。对于这种需求,通过不需要芯片主频太高。早期8051系列主频不外10几MHz,还是12个周期执行一条指令。

经由多年的“魔改”也最终到达了100MHz。其次就是处置惩罚能力不用太强,8位的MCU恒久是微控制器的主流。厥后16位的MCU逐步开始占领市场。而随着ARM的32位MCU的泛起,接纳ARM的M系列的MCU也开始逐步扩大市场。

以ST、NXP公司的产物为主要代表。可是这些ARM系列MCU的主频一般也是在几十MHz到100多MHz的量级。其次由于执行的“控制相关”任务,通常不需要支持庞大的图形界面和处置惩罚能力。

在MCU上完成的任务大多数是一些简朴的刺激-响应式的任务,而且任务类型单一,任务执行历程简朴。在这种情况下一般不需要MCU去执行功效庞大、运算量大的法式,而通常不需要运行大型操作系统来支持庞大的多任务治理。这就造成了MCU一般对于存储器的容量要求比力低。而Processor,顾名思义是处置惩罚器。

处置惩罚器就是能够执行“处置惩罚”功效的器件。其实具备Processor这个单词的器件不少。好比CPU就被称为“中央处置惩罚器”,那既然有“中央”就应该有“外围”。

GPU在经典的桌面盘算机中就是一个典型的“外围”处置惩罚器,主要卖力图形图像处置惩罚,由于图形图像显示。固然,今天由于AI的崛起,GPU变身成为了人工智能的训练神器。带“P”的另有DSP,数字信号处置惩罚器,一种专门为了数字信号处置惩罚而生的“领域专用处置惩罚器”。

所以这些带P的处置惩罚器,都是要具备“处置惩罚”能力的。“处置惩罚”什么?自然是处置惩罚数据/信息了。也就是说处置惩罚器自己都需要较为强大的数据处置惩罚/盘算能力。

以GPU为例,正是由于它强大的并行浮点运算能力才气支持高速的图像处置惩罚,使音视频播放、多媒体技术成为可能。同样由于这样的处置惩罚能力使之在AI时代来临之时发挥庞大作用。处置惩罚器一定要处置惩罚/运算能力强,能够执行比力庞大的任务。

而微处置惩罚器,其实就是微型化/集成化了的处置惩罚器。准确的说是微型化/集成化的“中央处置惩罚器”。

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这就是把传统的CPU之外集成了原属于“芯片组”的各种接口和部门“外设”而形成的。MPU从一开始就定位了具有相当的处置惩罚和运算能力,一帮需要运行较大型的操作系统来实现庞大的任务处置惩罚。因此这就决议了MPU应该具备比力高的主频,和较为强大的运算能力。MPU很早就演进到了32位处置惩罚器,现在更是开始鼎力大举普及64位。

现在MPU向导具有绝对影响力的Arm公司一开始就定位要做32位。同时MPU也一直追求实现较高的主频。早期经典的Arm 9系列MPU频率就在200MHz-400MHz。

现在手机上使用的高端MPU更是到达了3GHz,和主流的桌面处置惩罚器是一个级别了。和通用的桌面处置惩罚器一样,MPU现在也普遍“多核化”。为了支撑MPU强大的算力,使得“物尽其用”。一定要求在MPU上运行比力庞大的、运算量大的法式和任务,通常需要有大容量的存储器来配合支撑。

而大容量的存储器难以被集成到以逻辑功效为主的MPU内部,因此MPU现在要运行起来通常需要“外挂”大容量的存储器。主要是大容量的DDR存储器和FLASH。在手机领域前者被称为“运存”尔后者被称为“内存”。

为了支撑运行庞大操作系统和大型法式,往往还需要MPU中集成高性能的存储控制器、存储治理单元(MMU)等一整套庞大的存储机制和硬件。所以从形态上看,MPU由于需要运行对处置惩罚能力要求庞大大法式,一般都需要外挂存储器才气运行起来。而MCU往往只是执行刺激-响应式的历程控制和辅助,功效比力单一,仅仅需要使用片上集成的小存储器即可。

这是区别MPU和MCU的重要表象,但不是焦点原因。总结一下,MPU和MCU的区别本质上是因为应用定位差别,为了满足差别的应用场景而按差别方式优化出来的两类器件。MPU注重通过较为强大的运算/处置惩罚能力,执行庞大多样的大型法式,通常需要外挂大容量的存储器。

而MCU通常运行较为单一的任务,执行对于硬件设备的治理/控制功效。通常不需要很强的运算/处置惩罚能力,因此也不需要有大容量的存储器来支撑运行大法式。通常以单片集成的方式在单个芯片内部集成小容量的存储器实现系统的“单片化”。

但需要指出的是,随着技术的不停演进。以上的产物形态也会发生一系列的变化和衍生。

现在NXP已经开始推出主频在1GHz,带强大运算能力的MCU。而随着3D封装、Chiplet技术的进步,把大容量存储器以先进封装的方式实现“单片集成”也正在实现。最后,Arm公司所提出A、R、M三个系列的处置惩罚器分类是越发科学、越发切合差别应用场景的分类。


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