?微處理器MPU(Micro Processor Unit)和單片機(jī)MCU(Microcontroller Unit)在定義、功能和應(yīng)用場(chǎng)景上存在顯著區(qū)別。?

定義和功能

?微處理器MPU?：MPU是微處理器單元的簡(jiǎn)稱，通常指的是那些集成在單個(gè)芯片上的中央處理器(CPU)。它主要負(fù)責(zé)控制整個(gè)微型計(jì)算機(jī)的工作，產(chǎn)生控制信號(hào)對(duì)相應(yīng)的部件進(jìn)行控制，并執(zhí)行相應(yīng)的操作?12。MPU通常用于嵌入式系統(tǒng)和小型設(shè)備中，如家用電器、玩具、計(jì)算器等。

?單片機(jī)MCU?：MCU是微控制單元的簡(jiǎn)稱，是一種集成了中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(ROM、RAM)以及各種外設(shè)接口(如輸入輸出引腳、定時(shí)器、串口等)的集成電路芯片。MCU的設(shè)計(jì)初衷是為了實(shí)現(xiàn)各種控制邏輯，擅長(zhǎng)處理那些對(duì)計(jì)算性能要求不高但需要實(shí)時(shí)響應(yīng)和控制多個(gè)外設(shè)的任務(wù)?。

應(yīng)用場(chǎng)景

?MPU?：由于MPU側(cè)重于處理復(fù)雜任務(wù)，通常用于需要高性能計(jì)算的應(yīng)用，如服務(wù)器、高性能計(jì)算設(shè)備等。它們需要運(yùn)行復(fù)雜的操作系統(tǒng)，如Linux等，并且通常需要外接RAM和ROM等組件。

?MCU?：MCU則廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中，如家電控制板、汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域。由于其低功耗和低成本的特點(diǎn)，MCU常用于需要實(shí)時(shí)控制和簡(jiǎn)單計(jì)算的場(chǎng)景?。

性能和成本

?MPU?：高性能、高頻率，通常運(yùn)行復(fù)雜的操作系統(tǒng)，成本較高。

?MCU?：性能相對(duì)較低，頻率一般在幾MHz到幾百M(fèi)Hz之間，成本較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)和消費(fèi)電子設(shè)備。

Mcu Microcontroller Unit(微控制器單元)，側(cè)重控制，是一顆高度集成的芯片，所以俗稱單片機(jī)，包含 CPU + 內(nèi)存 + 存儲(chǔ) + 外設(shè)(如GPIO、ADC、UART等)，五臟俱全，低功耗、低成本、實(shí)時(shí)控制，價(jià)格便宜，幾元到幾十元都有，通常頻率也比較低(幾MHz到幾百M(fèi)Hz)，常應(yīng)用在家電控制、穿戴設(shè)備、工業(yè)控制等簡(jiǎn)單嵌入式設(shè)備等領(lǐng)域中，可以運(yùn)行一些實(shí)時(shí)的輕量級(jí)的操作系統(tǒng)，比如freertos來(lái)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)。

Mpu Microprocessor Unit(微處理器單元)，側(cè)重處理，僅包含 CPU 核心，需外接RAM和ROM等組件，組成完整系統(tǒng)，高性能、高頻率通常500MHz起步，通常運(yùn)行更復(fù)雜的如Linux 等操作系統(tǒng)，接近PC開發(fā)，需考慮驅(qū)動(dòng)、內(nèi)核移植等問(wèn)題，常用于需要人機(jī)交互的智能設(shè)備(中控屏/收銀機(jī))、需要視頻處理的設(shè)備(監(jiān)控?cái)z像頭/行車記錄儀)。

MCU與MPU簡(jiǎn)介MCU(Microcontroller Unit)與MPU(Microprocessor Unit)雖同為嵌入式處理器，但各有千秋，存在顯著差異。

▍ 用途與職能比較

在用途上，MCU更專注于嵌入式系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)執(zhí)行特定的控制任務(wù)，如傳感器數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制以及嵌入式設(shè)備管理等。它們的設(shè)計(jì)初衷就是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和低功耗操作。相較之下，MPU則更類似于我們熟知的通用計(jì)算機(jī)處理器，常用于處理復(fù)雜的通用計(jì)算任務(wù)，如運(yùn)行操作系統(tǒng)、支持各類應(yīng)用程序等，廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、個(gè)人電腦以及服務(wù)器等設(shè)備中。

02處理器核心與內(nèi)存差異▍ 處理器核心特點(diǎn)

MCU通常配備較為簡(jiǎn)單的處理器核心，例如基于RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))架構(gòu)的核心。這些核心被優(yōu)化為執(zhí)行嵌入式控制任務(wù)，因此在性能上相對(duì)較低。而MPU則采用更為強(qiáng)大的通用處理器核心，具備高性能和復(fù)雜的指令集，以應(yīng)對(duì)通用計(jì)算任務(wù)的需求。

▍ 內(nèi)存與存儲(chǔ)區(qū)別

MCU的內(nèi)存和存儲(chǔ)容量相對(duì)較小，僅能滿足嵌入式控制任務(wù)的需求，無(wú)法運(yùn)行大型應(yīng)用程序或操作系統(tǒng)。相比之下，MPU則配備了更大的內(nèi)存和存儲(chǔ)空間，以支持其運(yùn)行復(fù)雜的應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)。

03外設(shè)、功耗與成本▍ 外設(shè)與接口比較

MCU通常配備了針對(duì)嵌入式控制任務(wù)專門優(yōu)化的外設(shè)和接口，例如模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、串口通信(UART)以及定時(shí)器等。而MPU則提供了更為全面的外設(shè)和接口選擇，涵蓋USB、以太網(wǎng)以及高級(jí)圖形接口等，從而支持與多種外部設(shè)備的連接。

▍ 功耗對(duì)比

MCU由于其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，通常展現(xiàn)出較低的功耗，非常適合用于電池供電的設(shè)備和需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的嵌入式系統(tǒng)。相比之下，MPU由于其高性能計(jì)算和多任務(wù)處理的能力，其功耗往往相對(duì)較高。

MCU和MPU消失的界限

事實(shí)上，關(guān)于MCU和MPU的爭(zhēng)論已經(jīng)有很多年了。

傳統(tǒng)來(lái)說(shuō)，MPU更多采用Arm Cortex-A系列核心，具備豐富的外設(shè)接口，MCU則大多采用Arm Cortex-M系列核心，也比MPU更便宜，更容易安裝和使用。

更簡(jiǎn)單粗暴地劃分二者的方式是運(yùn)行Linux就是MPU，基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)就是MCU。MCU的目的是永遠(yuǎn)運(yùn)行一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的控制循環(huán)，或者直到它中斷或停止。

隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，MCU現(xiàn)在可以做很多事情，包括更復(fù)雜的外圍設(shè)備，現(xiàn)在一些MCU帶有用于更復(fù)雜外設(shè)的簡(jiǎn)單軟件驅(qū)動(dòng)程序，此時(shí)和MPU界限便開始模糊。

當(dāng)下，MCU和MPU十分相似，現(xiàn)在主流劃分方式主要包括兩種：一種是通過(guò)細(xì)微的參數(shù)差別，即CPU功能、位數(shù)、操作系統(tǒng)、時(shí)序要求、核心數(shù)量等方面劃分;另一種是按照應(yīng)用劃分，MPU注重通過(guò)較為強(qiáng)大的運(yùn)算/處理能力，執(zhí)行復(fù)雜多樣的大型程序，外掛大容量的存儲(chǔ)器，MCU則通常運(yùn)行較為單一的任務(wù)，執(zhí)行對(duì)于硬件設(shè)備的管理/控制功能，通常以單片集成的方式在單個(gè)芯片內(nèi)部集成小容量的存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的“單片化”。

不過(guò)，依然有技術(shù)人員提出，MCU和MPU已經(jīng)是過(guò)時(shí)的術(shù)語(yǔ)了，不僅性能上急劇提高，隨著3D封裝、Chiplet技術(shù)的進(jìn)步，很多過(guò)去MPU才有的功能已經(jīng)放到MCU。

業(yè)界則喜歡用“跨界”這樣的詞語(yǔ)來(lái)解釋這種趨勢(shì)和潮流，并不斷推出跨界產(chǎn)品。

越來(lái)越像MPU的那些MCU

所謂跨界，就是把MPU才擁有的一些特性或硬件，放到MCU上，如MPU在攝像頭輸入、顯示輸出、USB等方面豐富的外設(shè)資源塞入MCU之中。

這樣，又可以擁有MCU的低功耗、低成本、簡(jiǎn)單，又能夠?qū)崿F(xiàn)以往MPU才能做的應(yīng)用。從各個(gè)芯片公司的動(dòng)作來(lái)看，跨界MCU是布局的重點(diǎn)。

ST：開始越級(jí)計(jì)劃

從2007年到2018年，ST(意法半導(dǎo)體)花了12年時(shí)間，將 “STM32 = 32位MCU = ARM Cortex MCU” 深植于大眾之心。2019年，STM32從MCU跨界到MPU，推出第一顆MPU。

蝴蝶扇動(dòng)翅膀，便可讓彼岸刮起暴風(fēng)雨。STM32這只“蝴蝶”不僅掀起了MCU的風(fēng)暴，還走進(jìn)了工程師和千家萬(wàn)戶。現(xiàn)在，它也開始把MCU和MPU融合在一起。

2024年3月14日，ST發(fā)布一款新的集MPU和MCU兩者之長(zhǎng)的高性能產(chǎn)品——STM32H7Rx和STM32H7Sx，并計(jì)劃在2024年4月開始量產(chǎn)。

STM32H7系列本身采用600MHz運(yùn)行頻率的Cortex-M7內(nèi)核，性能非常強(qiáng)勁。ST將現(xiàn)有產(chǎn)品再細(xì)分為兩個(gè)產(chǎn)品線：STM32H7R3/S3通用MCU和圖形處理能力增強(qiáng)的STM32H7R7/S7。

之所以說(shuō)是跨界，是因?yàn)閮煽頜CU集成專用圖形處理器和快速存儲(chǔ)接口，這種硬件配置多數(shù)都放在MPU上。

STM32H7Rx和STM32H7Sx在安全功能上也非常強(qiáng)大，涵蓋防止物理攻擊、存儲(chǔ)器保護(hù)、在運(yùn)行時(shí)保護(hù)應(yīng)用程序的代碼隔離保護(hù)功能。此外，STM32H7S產(chǎn)品還增加了更多的強(qiáng)化的安全功能，集成了不可變的信任根、調(diào)試驗(yàn)證，以及硬件加密加速器。

新產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)往往需要用MPU才能跑起來(lái)應(yīng)用，設(shè)備廠商可以更快、更經(jīng)濟(jì)地開發(fā)智能家電、智能樓宇控制器、工業(yè)自動(dòng)化和個(gè)人醫(yī)療設(shè)備，滿足終端市場(chǎng)用戶日益增長(zhǎng)的需求。具體用例包括增加更豐富多彩的圖形用戶界面，同時(shí)執(zhí)行多個(gè)不同的功能。

性能與應(yīng)用

性能差異

MPU的性能通常更高，能夠執(zhí)行更復(fù)雜的運(yùn)算和處理任務(wù)。它適用于需要大量數(shù)據(jù)計(jì)算和復(fù)雜算法處理的場(chǎng)合。

MCU則更注重低功耗、低成本和小型化，其性能雖然不如MPU強(qiáng)大，但對(duì)于大多數(shù)嵌入式應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。

應(yīng)用場(chǎng)景

MPU廣泛應(yīng)用于個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、工作站等大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，作為這些系統(tǒng)的中央處理器。

MCU則廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中，如家用電器、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，MCU負(fù)責(zé)控制和管理外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)特定的功能。

開發(fā)難度與成本

開發(fā)難度

由于MPU需要外部存儲(chǔ)器和其他接口電路的支持，因此其開發(fā)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。開發(fā)者需要熟悉多種硬件組件的連接和配置，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

MCU的開發(fā)則更加簡(jiǎn)單方便。由于所有必要的硬件資源都已經(jīng)集成在芯片上，開發(fā)者只需關(guān)注軟件編程即可。此外，許多MCU還提供了豐富的開發(fā)工具和支持庫(kù)，進(jìn)一步降低了開發(fā)難度。

成本

從單個(gè)芯片的成本來(lái)看，MCU通常比MPU更低廉。這是因?yàn)镸CU采用了高度集成化的設(shè)計(jì)，減少了外部組件的數(shù)量和成本。

然而，在考慮整個(gè)系統(tǒng)的成本時(shí)，還需要考慮其他因素，如外部存儲(chǔ)器、接口電路等的成本。在某些情況下，使用MPU可能會(huì)帶來(lái)更高的整體成本。

總結(jié)

MPU和MCU各有優(yōu)缺點(diǎn)，選擇哪種器件取決于具體的應(yīng)用需求。對(duì)于需要高性能計(jì)算的場(chǎng)合，MPU是更好的選擇;而對(duì)于注重低功耗、低成本和小型化的嵌入式應(yīng)用來(lái)說(shuō)，MCU則是理想的選擇。在實(shí)際開發(fā)中，開發(fā)者應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的需求和預(yù)算來(lái)選擇合適的器件類型。