?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稱，通常指的是那些集成在單個芯片上的中央處理器(CPU)。它主要負(fù)責(zé)控制整個微型計算機(jī)的工作，產(chǎn)生控制信號對相應(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、計算器等。

?單片機(jī)MCU?：MCU是微控制單元的簡稱，是一種集成了中央處理器(CPU)、存儲器(ROM、RAM)以及各種外設(shè)接口(如輸入輸出引腳、定時器、串口等)的集成電路芯片。MCU的設(shè)計初衷是為了實現(xiàn)各種控制邏輯，擅長處理那些對計算性能要求不高但需要實時響應(yīng)和控制多個外設(shè)的任務(wù)?。

應(yīng)用場景

?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算的應(yīng)用，如服務(wù)器、高性能計算設(shè)備等。它們需要運行復(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，MCU常用于需要實時控制和簡單計算的場景?。

性能和成本

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

?MCU?：性能相對較低，頻率一般在幾MHz到幾百MHz之間，成本較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)和消費電子設(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 + 外設(shè)(如GPIO、ADC、UART等)，五臟俱全，低功耗、低成本、實時控制，價格便宜，幾元到幾十元都有，通常頻率也比較低(幾MHz到幾百MHz)，常應(yīng)用在家電控制、穿戴設(shè)備、工業(yè)控制等簡單嵌入式設(shè)備等領(lǐng)域中，可以運行一些實時的輕量級的操作系統(tǒng)，比如freertos來實現(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、內(nèi)核移植等問題，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)控攝像頭/行車記錄儀)。

MCU與MPU簡介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、自動控制以及嵌入式設(shè)備管理等。它們的設(shè)計初衷就是實現(xiàn)實時控制和低功耗操作。相較之下，MPU則更類似于我們熟知的通用計算機(jī)處理器，常用于處理復(fù)雜的通用計算任務(wù)，如運行操作系統(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

MCU通常配備較為簡單的處理器核心，例如基于RISC(精簡指令集計算機(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)對通用計算任務(wù)的需求。

▍ 內(nèi)存與存儲區(qū)別

MCU的內(nèi)存和存儲容量相對較小，僅能滿足嵌入式控制任務(wù)的需求，無法運行大型應(yīng)用程序或操作系統(tǒng)。相比之下，MPU則配備了更大的內(nèi)存和存儲空間，以支持其運行復(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)以及高級圖形接口等，從而支持與多種外部設(shè)備的連接。

▍ 功耗對比

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

MCU和MPU消失的界限

事實上，關(guān)于MCU和MPU的爭論已經(jīng)有很多年了。

傳統(tǒng)來說，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。

更簡單粗暴地劃分二者的方式是運行Linux就是MPU，基于實時操作系統(tǒng)(RTOS)就是MCU。MCU的目的是永遠(yuǎn)運行一個相當(dāng)簡單的控制循環(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)的簡單軟件驅(qū)動程序，此時和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：一種是通過細(xì)微的參數(shù)差別，即CPU功能、位數(shù)、操作系統(tǒng)、時序要求、核心數(shù)量等方面劃分;另一種是按照應(yīng)用劃分，MPU注重通過較為強(qiáng)大的運算/處理能力，執(zhí)行復(fù)雜多樣的大型程序，外掛大容量的存儲器，MCU則通常運行較為單一的任務(wù)，執(zhí)行對于硬件設(shè)備的管理/控制功能，通常以單片集成的方式在單個芯片內(nèi)部集成小容量的存儲器實現(xiàn)系統(tǒng)的“單片化”。

不過，依然有技術(shù)人員提出，MCU和MPU已經(jīng)是過時的術(shù)語了，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”這樣的詞語來解釋這種趨勢和潮流，并不斷推出跨界產(chǎn)品。

越來越像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、簡單，又能夠?qū)崿F(xiàn)以往MPU才能做的應(yīng)用。從各個芯片公司的動作來看，跨界MCU是布局的重點。

ST：開始越級計劃

從2007年到2018年，ST(意法半導(dǎo)體)花了12年時間，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)了工程師和千家萬戶?，F(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兩者之長的高性能產(chǎn)品——STM32H7Rx和STM32H7Sx，并計劃在2024年4月開始量產(chǎn)。

STM32H7系列本身采用600MHz運行頻率的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。

之所以說是跨界，是因為兩款MCU集成專用圖形處理器和快速存儲接口，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、存儲器保護(hù)、在運行時保護(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)自動化和個人醫(yī)療設(shè)備，滿足終端市場用戶日益增長的需求。具體用例包括增加更豐富多彩的圖形用戶界面，同時執(zhí)行多個不同的功能。

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)雜的運算和處理任務(wù)。它適用于需要大量數(shù)據(jù)計算和復(fù)雜算法處理的場合。

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，但對于大多數(shù)嵌入式應(yīng)用來說已經(jīng)足夠。

應(yīng)用場景

MPU廣泛應(yīng)用于個人計算機(jī)、服務(wù)器、工作站等大型計算機(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需要外部存儲器和其他接口電路的支持，因此其開發(fā)過程相對復(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)的正常運行。

MCU的開發(fā)則更加簡單方便。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，進(jìn)一步降低了開發(fā)難度。

成本

從單個芯片的成本來看，MCU通常比MPU更低廉。這是因為MCU采用了高度集成化的設(shè)計，減少了外部組件的數(shù)量和成本。

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

總結(jié)

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