【嵌入式领域芯片分类】CPU、MCU、MPU、SOC区别与应用

百科   2024-12-20 11:31   广东  

1.CPU (Central Processing Unit) 中央处理器

2.MCU (Micro Control Unit) 微控制器

3.MPU (Micro Processor Unit) 微处理器

4.SOC (System on Chip) 片上系统    


1.CPU (Central Processing Unit) 中央处理器

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        CPU是Central Processing Unit的缩写,计算机的运算控制核心就是CPU。CPU是由运算器(算术逻辑单元ALU)、控制器和寄存器及相应的总线构成。众所周知的三级流水线:取址、译码、执行的对象就是CPU,CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令,放入指令寄存器,并对指令译码,然后执行指令。而计算机的可编程性其实就是指对CPU的编程。
        所以在传统计算机(电脑)中,CPU 仅仅是指计算核心,它本身并不包含内存、存储或外设等组件,仅仅只负责运算。
        而嵌入式系统采用的是单片机(MCU)或片上系统(SoC)设计,因此嵌入式领域的 CPU 一般会包含一些外围外设(如内存、时钟、I/O 接口等),使其能够独立运行,形成一个完整的功能模块。所以在嵌入式领域的CPU指的是集成了一些内存、存储或外设的CPU单芯片。

2.MCU (Micro Control Unit) 微控制器

        MCU微控制器是一种将处理器核心(传统意义上的电脑cpu)、RAM、ROM、定时器和输入输出接口等功能集成在单个芯片上的微型计算机。MCU 不需要外挂内存或其他外设,可以直接构建最小系统并执行程序。它主要用于控制任务,不需要强大的运算能力,适合执行简单的控制和响应任务。当MCU微控制器芯片与其他外围电路连接时,就构成了一个完整的单片机系统。
  • 功能:执行控制相关任务,通常用于较简单的应用,如传感器数据采集、设备控制等。
  • 典型用途:家电控制、汽车电子、工业自动化、物联网设备等。
  • 例子:8051、STC、STM32 Cortex-M 系列。
  • 3.MPU (Micro Processor Unit) 微处理器

            MPU(微处理器)相对于MCU(微控制器)来说,具有更强大的计算能力,但不像MCU那样集成很多外围硬件功能。MPU通常不包含内存和复杂外设,本质上它就是cpu(电脑计算核心)的增强版,相对于传统电脑的cpu(计算核心)体积更小,通用功能会多一点点,所以它需要外挂内存(如DDR RAM、Flash等)和其他外设来支持其高计算能力,通常用于更复杂的应用,如运行操作系统、大型程序和多任务处理。因此通常情况下,为了支持更复杂的内存管理、操作系统和多任务处理,MPU 配备 MMU(将虚拟地址映射到物理地址,支持操作系统(如 Linux)中的内存管理和进程隔离,从而让多个应用程序可以共享系统资源而互不干扰) ,而 MCU 主要关注控制任务,不需要那么复杂的内存管理机制。所以MPU 和 MCU 可以通过是否包含 MMU 来作为区分的一项重要标准,但这个区分只是其中的一部分,不能完全代表二者的所有区别。
            tips:Processor是处理器的意思,所以带“P”的芯片一般专注于计算处理,所以电脑CPU、GPU的功能可以类同。
  • 功能:执行复杂的计算任务,通常支持大型操作系统,如 Linux。
  • 典型用途:应用于个人计算机、高端嵌入式设备、移动设备等。
  • 例子:ARM Cortex-A 系列、Intel x86。
  • 4.SOC (System on Chip) 片上系统    

            SOC片上系统是将 MCU 和 MPU 的功能结合在一起的集成电路,它既MCU那样有内置RAM、ROM同时又像MPU那样强大。SOC 不仅包括 CPU、RAM 和 ROM,还集成了多种外设,并具备强大的处理能力。它能够运行操作系统,因此适用于更复杂的应用。SOC 是系统级的芯片,能够提供较高的计算能力和灵活性。进一步来说,SOC(System on Chip)是将整个系统的所有主要功能(包括 CPU、内存、外设控制等)集成到一块单芯片上的集成电路。它将计算、通信、存储等功能全部集成在一起,减少了传统计算机系统中分立组件之间的连接和复杂度。我们所说的骁龙芯片就是一种典型的 SOC,它将计算、图形处理、通信、多媒体等多个功能模块集成到一块芯片上,广泛应用于移动设备和嵌入式系统中,是目前市场上最常见的 SOC 之一。
  • 功能:具备计算能力的同时,还集成了许多外设和功能模块,适合复杂系统的设计。
  • 典型用途:
  • 智能手机:大多数智能手机的处理器就是一个 SOC,例如 Qualcomm Snapdragon、Apple A 系列、Samsung Exynos 等,这些芯片集成了计算、图形处理、网络通信、音视频处理等多项功能。
  • 嵌入式系统:许多物联网设备、智能家居、汽车电子、工业控制等领域也广泛使用 SOC 来实现高效、低功耗的功能。
  • 平板电脑、智能电视、智能穿戴设备 等也常采用 SOC 进行集成。
  • 例子:Qualcomm Snapdragon、NVIDIA Tegra、Apple A 系列。

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