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微控制器MCU与微处理器MPU的界限正在消失

时间:2021-02-23 处理器,mcu,控制器,MPU,

一段时间以来,MPU和MCU是两种不同的设备。微控制器完成与“控制”相关的任务,并对外部信号刺激做出响应。微处理器主要完成处理功能,对数据处理和计算能力有更高的要求。但是现在,由于内存结构的变化,两者之间的界限越来越模糊。

事实上,微处理器和微控制器可以通过多种方式区分,但业界尚未就它们的标准达成一致。但有些人得出结论,两者之间的精确区分已不再重要。

"近年来,单片机和微处理器的区别越来越模糊."西门子业务部嵌入式软件技术专家柯林瓦尔斯(ColinWalls)表示:“最初,单片机将CPU、内存和外围设备集成在一个芯片上,但大多数单片机仍然如此,但由于单片机有足够强大的功能来支持更复杂的应用,带外部存储器的单片机已经变得很常见。”

计算芯片的两个市场

曾经有一段时间,计算芯片可以分为以下两个截然不同的市场,大部分芯片设备管理主要研究针对社会主流计算,性能是最主要的考虑影响因素,这些单片微型计算机被称之为“微处理器”,为个人通过计算机和更大的系统发展提供重要动力。

今天,我们可以在所有类型的笔记本电脑、台式机和服务器中看到它们,值得注意的是,它们是通用引擎,旨在运行任何数量的以前未知的程序,主存储器是DRAM,非易失性存储是硬盘驱动器或固态驱动器。

在嵌入式计算的主流世界中,需要适度的计算能力和专门用途,精心设计的程序可以在固件中运行,以便整个系统(包括程序和所有系统)在发货前可以进行验证,内存要求将更加有限,存储代码的 SRAM 和非挥发性内存可以与同一芯片上的 CPU 集成关键是,实时响应通常很重要。

一般来说,集成了SRAM、非易失性存储器和专用外围设备的CPU被称为“微控制器”。

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微处理器的发展已经达到64位,而单片机仍然是8位多数,但是在中间有一些变化,使得两者之间的差别更加模糊。

集成闪存是 MCUs 的一个重要功能,但它尚未用于具有先进节点的微控制器上,因此,除了外部 DRAM 之外,作为微控制器销售的许多设备都使用外部闪存而不是嵌入式闪存。

实际上,一个我们称之为“shadowing”的过程管理可以从外部闪存中获取信息代码,并将其复制到DRAM中,然后从中执行代码,而且企业为了能够提高工作性能,缓存也可以通过包括中国在内。这使得CPU/内存子系统与MPU几乎都是没有什么区别。

那么现在MCU就是MPU了?

MCU 和 MPU 因素现在可以区分

今天的MCU和MPU很相似,但在很多方面还是有一些细微的不同,包括CPU功能、位、操作系统、时序要求、核数等。

就 cpu 功能而言,如果 cpu 具有复杂的流水线、预测执行和其他超标量函数,则可以将其视为微处理器,但转换的确切位置没有明确定义。

8位设备更容易被认为是MCU,64位设备更容易被认为是MPU。但最早的MPU是4位,与其说是决定性特征,不如说更像是历史问题。

也可以通过根据我国计算机可运行的操作管理系统数据进行垃圾分类,如果它运行Linux,则可以直接将其称为MPU。如果它仅允许较小的实时操作控制系统,甚至只运行裸机,则可以将其称为MCU,这为能够有效运行的Linux的设备留出了中国许多学生中间地带。在时序方面,MCU通常用于企业需要硬或软实时响应的应用研究程序,MPU通常我们不能用于解决这一教学目的。

一般也将多核处理器可以视为MPU,尤其是在内核相同且管理信息对称的情况下。不过专用网络设备以及可能发展具有中国多个处理器,有些专用于诸如数字控制信号之类特定工作任务的处理器也会被认为是MCU,因此企业通过学生核心数目判断是MPU还是MCU并不是这样一个更加准确的依据。

从使用目的来看,可以认为通用设备是MPU,单用设备是MCU,但实际上只和设备的使用方式有关。如果使用任何设备都没有明确的使用目的,那当时怎么叫呢?

一般全功能MPU没有专门的外围设备,很大程度上是因为它们是通用的,而不是特定的应用。所以你可能会想,只要有这样的外围设备,就是MCU,但事实并非如此,外围设备少不代表就是MPU。

从上面的分析来看,每个特征因素都是有缺陷的,结果不尽如人意,那么行业专家又是什么呢?

单片机和微处理器已经成为过时的术语

CadenceIP集团公司产品市场行销总监MarcGreenberg对此进行表示:“我不知道MCU与MPU之间的区别以及是否能够存在对于某些企业官方的定义,经过一个简单的检索中国似乎已经表明,裸片上存在NVM的为MCU,但各种MPU上都有NVM的某些位,MPU也可能在使用同一片裸片上具有MCU,那又是什么呢?最小的无缓存数据处理器发展可能仍具有重要一些相关寄存器和SRAM,用RTL编码的定序器与从ROM执行的通用处理器技术真的有区别吗?显然MCU和MPU之间的区别就是有些学生随意,这意味着我们这一行业界限问题并不需要明确自己甚至他们可以随心所欲。当我没有想到MPU时,我想到的是用于内部控制系统通用电子计算机的设备,例如台式机、服务器、平板电脑等。”

凯登斯高级工程师格兰特 · 马丁说: “根据维基百科,mcu 是一个单一金属氧化物半导体集成电路芯片上的小型计算机,而 mpu 是一个计算机处理器,在 mosfet 结构的单个或多个集成电路上结合了中央处理单元的功能。”

"如果你研究它,MPU具有CPU功能,所以它是一个计算机处理器,和MCU是一个更完整的计算机,这意味着MCU包含MPU,这是与常识相反。具有多个处理器内核的16向服务器处理器是否不再是MPU?但是一个多核的等位素SoC?"

例如,移动电话可以包括多个应用处理核心、多个用于音频、视频和图像处理的dsp、一个或两个用于在屏幕上呈现图像的gpu以及仅用于娱乐目的的神经网络处理单元(MCU)。在我看来,这个行业应该摒弃这些过时的术语,使用更精确、更具描述性的术语。”格兰特·马丁接着说。

西门子业务部门 mentor 的高级产品经理 jeff hancock 说: “从系统软件的角度来看,mcu 应该适合于硬件传感器和执行器的直接解释和控制。”.这种访问通常包括一个一致和可靠的指令序列,这与通用微处理器的需要相矛盾。通用微处理器的目标是优化吞吐量,而单片机通常优化延迟。因此,如果需要处理大型数据库,微处理器更为合适,如果要精细机电控制,则单片机更为合适。

Jeff hancock 补充道: “外部内存和缓存的确改变了 mcu 的标准,但是把 mcu 等同于微处理器还有很长的路要走。特别是,并非所有 mcu 中的所有处理单元都专用于外部存储器,但系统可以使用独立的子系统来构建,从而允许关键的工作负载和不太关键的应用程序级系统并行运行。”

“从软件设计工程师的角度看,这是我们一个非常有趣的挑战,在不连续的地方可能有两个内存区域,集成式内存虽小,但速度可以更快,因此他们最好留给对速度有高要求的代码,例如通过实时数据操作控制系统。这意味着公司开发研究工具发展必须具有足够灵活以将代码正确地映射到存储器上,而RTOS必须提供足够小适合片上存储器。”西门子业务相关部门的嵌入式软件工程技术教育专家Walls补充到。

TortugaLogic的高级管理硬件进行安全技术工程师NicoleFern表示:“过去,MCU与嵌入式控制系统发展相关联。在嵌入式操作系统中,低成本和低功耗的要求比性能研究更为具有重要。但是我们随着中国移动数据计算和IoT边缘计算的出现,许多嵌入式应用系统对于现在企业需要一个复杂的处理,这样就产生了一种面向嵌入式领域看起来更像MPU的MCU产品,为带有外部程序存储器和高速缓存的器件可以提供了更高的性能和可配置性。这种社会情况下,术语MCU和MPU之间的差异仅取决于自己是否通过集成CPU系统。”

Arm低功耗 IoT 业务高级总监托马斯?恩瑟盖克斯(Thomas Ensergueix)也表示:"近年来,MCU 和 MPU 之间的界限变得模糊不清。MCU 和 MPU 的主要区别之一是软件和开发。MPU 将支持丰富的操作系统,如 Linux 和相关软件堆栈,而 MCUS 通常将专注于裸机和 RTOS。在决定哪个硬件平台、MCU 或 MPU 最有效之前,由软件开发人员决定哪个软件环境和生态系统最适合其应用。

“随着MCU向32位的过渡,我们也看到了性能的大幅提升,这有助于缩小MCU和MPU之间的差距。例如,许多基于armcortex-m7的MCU可以提供超过100个Dhrystone MIPs,或者coremark中超过2000个点。这些设备中的许多还具有非常大的内置内存,或者提供连接外部内存的快速接口。这确保了性能和内存不再是MCU的瓶颈,并使它们更接近低端MPU。”

小结

现在微软电脑部和重案组之间有没有明确的界限真的重要吗?也许不重要。因为不管我们怎么称呼它,应用程序都有一些需求,这些需求将决定使用哪种设备。

责任编辑:haq

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