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  MCU MPU之間的共同點(diǎn)，曾經(jīng)是兩個(gè)完全不同的設(shè)備。微控制器完成與控制相關(guān)的任務(wù)，并根據(jù)外部信號(hào)刺激進(jìn)行反應(yīng)。微處理器主要執(zhí)行處理功能，對(duì)數(shù)據(jù)處理和計(jì)算能力要求較高。

  但現(xiàn)在，由于內(nèi)存架構(gòu)的變化，兩者之間的界限正變得模糊。例如，熟悉的ST和NXP已經(jīng)推出了MPU，通過(guò)比較你也可以發(fā)現(xiàn)MCU和MPU之間有很多共同點(diǎn)。

  事實(shí)上，微處理器和微控制器可以通過(guò)多種方式區(qū)分，但該行業(yè)尚未就其區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成共識(shí)。但兩者之間的準(zhǔn)確區(qū)分已不再重要。

  近年來(lái)，MCU和MPU之間的區(qū)別變得越來(lái)越模糊。最初，MCU將CPU、內(nèi)存和外圍設(shè)備集成到芯片中，現(xiàn)在大多數(shù)MCU仍然如此，但由于MCU有足夠強(qiáng)大的功能來(lái)支持更復(fù)雜的應(yīng)用程序，附加外部存儲(chǔ)器的MCU也變得很常見(jiàn)。

計(jì)算芯片的兩個(gè)市場(chǎng)

  計(jì)算芯片的兩個(gè)市場(chǎng)已經(jīng)有一段時(shí)間了。計(jì)算芯片分為兩個(gè)完全不同的市場(chǎng)。大多數(shù)芯片設(shè)備主要針對(duì)主流計(jì)算，性能是主要考慮因素。這些單片微型計(jì)算機(jī)被稱為微處理器，為個(gè)人計(jì)算機(jī)和更大的系統(tǒng)提供動(dòng)力。

  如今，我們可以在各種類型的筆記本電腦、臺(tái)式電腦和服務(wù)器中看到它們。值得注意的是，它們是通用引擎，旨在運(yùn)行任何未知數(shù)量的程序。主內(nèi)存為DRAM，非易失性存儲(chǔ)為硬盤驅(qū)動(dòng)器或固態(tài)硬盤。

在不那么主流的嵌入式計(jì)算世界中，需要適度的計(jì)算能力和特殊用途。設(shè)計(jì)好的程序可以在固件中運(yùn)行，以便在發(fā)貨前驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)(包括程序和所有系統(tǒng))。內(nèi)存需求將受到更多的限制存儲(chǔ)代碼的SRAM和非易失性內(nèi)存可以與CPU集成到同一芯片中。關(guān)鍵是實(shí)時(shí)響應(yīng)通常非常重要。

  嵌入式計(jì)算機(jī)也傾向于在有特殊I/O需求的環(huán)境中使用，有的可能驅(qū)動(dòng)電機(jī)，有的可能處理聲音或讀取傳感器。將專用外圍設(shè)備接口硬件集成到與CPU和內(nèi)存相同的芯片中是非常有效的，這將產(chǎn)生不同特性的各種芯片。

一般來(lái)說(shuō)，CPU與SRAM、非易失性存儲(chǔ)器和專用外設(shè)集成在一起，稱為微控制器。

  到目前為止，微處理器已經(jīng)發(fā)展到64位，而微控制器仍然是8位居多，但中間發(fā)生了一些變化，使兩者的區(qū)別更加模糊。

  集成閃存是MCU的一個(gè)重要特征，但這種閃存沒(méi)有用于最先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的微控制器上，所以許多以微控制器形式銷售的設(shè)備使用外部閃存而不是嵌入式閃存，并使用外部DRAM。

  事實(shí)上，一個(gè)叫做shadowing的過(guò)程可以從外部閃存中獲取代碼，并將其復(fù)制到DRAM中，然后執(zhí)行代碼，為了提高性能，還可以包括緩存。這使得CPU/內(nèi)存子系統(tǒng)與MPU幾乎沒(méi)有區(qū)別。

區(qū)分MCU和MPU的因素

  如今，MCU與MPU非常相似，但在許多方面仍存在一些細(xì)微的差異，包括CPU功能、位數(shù)、操作系統(tǒng)、時(shí)序要求、核心數(shù)量等。

  在CPU功能方面，如果CPU具有復(fù)雜的裝配線、預(yù)測(cè)執(zhí)行和其他超標(biāo)功能，則可視為MPU，但轉(zhuǎn)換的確切位置尚未明確界定。

  在位數(shù)上，8位設(shè)備更有可能被視為MCU，64位設(shè)備更有可能被視為MPU。但最早的是MPU是4位，這更像是歷史問(wèn)題，而不是決定性的特征。

  也可以根據(jù)計(jì)算機(jī)可操作的操作系統(tǒng)進(jìn)行分類。如果它運(yùn)行Linux，它可以被稱為MPU。如果它只允許較小的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，甚至只運(yùn)行裸機(jī)，它可以被稱為MCU，這為可操作Linux的設(shè)備留下了許多中間區(qū)域。在時(shí)間順序方面，MCU通常用于需要硬或軟實(shí)時(shí)響應(yīng)的應(yīng)用程序，MPU通常不用于此目的。

  一般來(lái)說(shuō)，多核處理器也被視為MPU，特別是在核心相同和管理對(duì)稱的情況下。然而，專用設(shè)備可能有多個(gè)處理器，一些專門用于數(shù)字信號(hào)等特定任務(wù)的處理器也被視為MCU，因此通過(guò)核心數(shù)量判斷MPU或MCU并不是準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。

  從使用目的來(lái)看，可以認(rèn)為通用設(shè)備是MPU，單用途設(shè)備是MCU，但這實(shí)際上只關(guān)系到設(shè)備的使用方式。如果在不明確使用目的的情況下使用任何設(shè)備，當(dāng)時(shí)如何稱之為設(shè)備?

  通常，全功能MPU沒(méi)有特殊的外圍設(shè)備，這在很大程度上是因?yàn)樗鼈兪峭ㄓ玫?，而不是針?duì)特定的應(yīng)用程序，所以你可能會(huì)認(rèn)為只要有這樣的外圍設(shè)備，MCU，但事實(shí)并非如此，缺乏外圍設(shè)備并不意味著MPU。

  從以上分析來(lái)看，每個(gè)特征因素都會(huì)有缺陷，結(jié)果不盡如人意，那么行業(yè)專家怎么看呢?

  MCU和MPU已成為過(guò)時(shí)的術(shù)語(yǔ)

  CadenceIP集團(tuán)產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Marcgrenberg表示:我不知道MCU和MPU的區(qū)別是否有一些官方的定義。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的檢索，似乎表明MCU存在于裸片上，但各種MPU上都有一些NVM位置，MPU也可能在同一裸片上有MCU。那是什么?最小的無(wú)緩存處理器可能仍然有一些寄存器和SRAM。RTL編碼的定序器真的不同于ROM執(zhí)行的通用處理器嗎?顯然，MCU和MPU的區(qū)別是隨意的，這意味著這個(gè)界限不清楚，甚至可以隨意。當(dāng)我想到MPU時(shí)，我想到的是控制通用計(jì)算機(jī)的設(shè)備，如臺(tái)式機(jī)、服務(wù)器、平板電腦等。

  根據(jù)維基百科的解釋，MCU是單個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路芯片上的小型計(jì)算機(jī)，MPU是一種計(jì)算機(jī)處理器，它結(jié)合了MOSFET結(jié)構(gòu)中單個(gè)或多個(gè)集成電路中央處理單元的功能。

  如果深入研究MPU具有CPU功能，那么它是一個(gè)計(jì)算機(jī)處理器，而MCU是一個(gè)更完整的計(jì)算機(jī)，這意味著MCU包含MPU，這與常識(shí)相反。擁有多個(gè)處理器核心的16個(gè)服務(wù)器處理器不再是MPU嗎?這是一個(gè)多核異構(gòu)的SOC嗎?

  例如，一部手機(jī)可能包括多個(gè)應(yīng)用程序處理核心，多個(gè)DSP用于音頻、視頻和圖像處理，一個(gè)或兩個(gè)GPU用于屏幕上的圖像，以及一個(gè)只用于娛樂(lè)目的的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元——MCU。從我的角度來(lái)看，這個(gè)行業(yè)應(yīng)該放棄這些過(guò)時(shí)的術(shù)語(yǔ)，使用更準(zhǔn)確、更有描述性的術(shù)語(yǔ)。GrantMartin繼續(xù)說(shuō)。

  從系統(tǒng)軟件的角度來(lái)看，MCU有望適用于直接解釋和控制硬件傳感器和執(zhí)行器的應(yīng)用。這種訪問(wèn)通常涉及一致可靠的指令時(shí)序，這與通用MPU的需求相矛盾。通用MPU旨在優(yōu)化吞吐量，而MCU通常優(yōu)化延遲。因此，如果需要處理大型數(shù)據(jù)庫(kù)，MPU更合適。如果需要精細(xì)的機(jī)電控制，MCU更合適。

  Jeffhancock還表示:外部存儲(chǔ)器和緩存肯定會(huì)改變MCU的標(biāo)準(zhǔn)，但還有很長(zhǎng)的路要走，把MCU等同于MPU。特別是并不是所有MCU中的處理單元都專門使用外部存儲(chǔ)器或隔離子系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)，允許關(guān)鍵工作負(fù)載和非關(guān)鍵應(yīng)用程序級(jí)系統(tǒng)并行繼續(xù)。

  從軟件工程師的角度來(lái)看，這是一個(gè)有趣的挑戰(zhàn)。在不連續(xù)的地方可能有兩個(gè)內(nèi)存區(qū)域。雖然集成內(nèi)存很小，但速度更快，所以最好留下對(duì)速度要求很高的代碼，比如實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。這意味著開(kāi)發(fā)工具必須足夠靈活，以正確地將代碼映射到存儲(chǔ)器上，而RTOS必須足夠小，以適合電影上的存儲(chǔ)器。西門子業(yè)務(wù)部的嵌入式軟件技術(shù)專家Walls補(bǔ)充說(shuō)。

  過(guò)去，MCU與嵌入式系統(tǒng)有關(guān)。在嵌入式系統(tǒng)中，低成本和低功耗的要求比性能更重要。然而，隨著移動(dòng)計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算的出現(xiàn)，許多嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)在需要復(fù)雜的處理，從而產(chǎn)生了更像MPU的MCU產(chǎn)品，為具有外部存儲(chǔ)器和高速緩存的設(shè)備提供了更高的性能和可配置性。在這種情況下，術(shù)語(yǔ)MCU和MPU之間的區(qū)別僅取決于CPU系統(tǒng)是否集成。

  Arm的低功耗物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)高級(jí)總監(jiān)Thomasensergueix也認(rèn)為，近年來(lái)，MCU和MPU之間的界限已經(jīng)模糊。MCU和MPU的主要區(qū)別之一是軟件和開(kāi)發(fā)。MPU將支持豐富的OS，如Linux和相關(guān)的軟件堆棧，而MCU通常專注于裸機(jī)和RTOS。在決定哪個(gè)硬件平臺(tái)、MCU或MPU最有效之前，軟件開(kāi)發(fā)人員將決定哪個(gè)軟件環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)最適合他們的應(yīng)用程序。

  MCU和MPU之間的共同點(diǎn)！隨著MCU已經(jīng)過(guò)渡到32位，我們也看到了性能的急劇提高，這有助于縮小MCU和MPU之間的差距。例如，許多基于Armcortex-M7的MCU可以提供100多個(gè)DhrystoneMIPS，或者在CoreMark中提供2000多個(gè)點(diǎn)。這些設(shè)備中的許多設(shè)備也有非常大的內(nèi)置存儲(chǔ)器，或者提供快速接口來(lái)連接外部存儲(chǔ)器。這確保了性能和內(nèi)存不再是MCU的瓶頸，并使其更接近低端MPU。