计算|正在消失的MCU与MPU之间的界限

曾有一段时间,微处理器(MPU)与微控制器(MCU)是截然不同的两种设备,微控制器完成“控制”相关的任务,根据外界信号刺激产生反应,微处理器主要执行处理功能,对数据处理和计算能力的要求较高。但如今由于内存架构的变化,两者之间的界限正在变得模糊。
计算|正在消失的MCU与MPU之间的界限
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事实上,可以通过多种方式区分微处理器和微控制器,只是业界尚未对他们的区分标准达成共识。不过已经有一些人得出结论,目前两者之间的准确区分都已经不再重要了。
“近年来,MCU和MPU之间的区别变得越来越模糊。”西门子业务部门的嵌入式软件技术专家Colin Walls说,“最初,MCU在一个芯片上集成了CPU、内存和外围设备,如今大多数MCU依然如此,但因为MCU具有足够强大的功能来支持更复杂的应用程序,附加外部存储器的MCU也变得常见。”
计算芯片的两个市场
曾经有一段时间,计算芯片分为两个截然不同的市场,大部分芯片设备主要针对主流计算,性能是最主要的考虑因素,这些单片微型计算机被称之为“微处理器”,为个人计算机和更大的系统提供动力。
如今我们可以在各种类型的笔记本电脑、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,旨在运行事先未知的任何数量的程序,主内存是DRAM,非易失性存储是硬盘驱动器或固态硬盘。
在不那么主流的嵌入式计算世界里,需要适度计算能力和专门用途,设计好的程序可能在固件中运行,以便让整个系统(包括程序和所有系统)在出货之前得以验证,内存需求将受到更多限制,可以将用于存储代码的SRAM和非易失性内存与CPU集成到同一块芯片上,关键一点,实时响应通常很重要。
嵌入式计算机也倾向于在有特殊I/O需求的环境中使用,一些可能是在驱动电动机,另一些可能是在处理声音或读取传感器。将专用外围设备接口硬件集成到同CPU和内存相同的芯片上十分有效,这会产生具有不同特性的各种芯片。
总的来说,CPU与SRAM、非易失性存储器和专用外设集成在一起的被称之为“微控制器”。
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微处理器发展至今已经多达64位,而微控制器依然是8位居多,但在这中间发生了一些变化,使得两者之间的区别更加模糊。
集成式闪存是MCU的重要特征,不过这类闪存尚未在拥有最先进节点的微控制器上使用,因此许多以微控制器形式销售的设备都使用外部闪存而不是嵌入式闪存,此外还使用外部DRAM。
实际上,一个称之为“shadowing”的过程可以从外部闪存中获取代码,并将其复制到DRAM中,然后从中执行代码,而且为了提高性能,缓存也可以包括在内。这使得CPU/内存子系统与MPU几乎没有区别。
那么现在的MCU就是MPU吗?不再有区别了吗?
计算|正在消失的MCU与MPU之间的界限】当下可区分MCU与MPU的因素
如今的MCU和MPU十分相似,但依然在很多方面有一些细微的区别,这包括CPU功能、位数、操作系统、时序要求、核心数量等方面。
在CPU功能方面,如果CPU具有复杂的流水线,具有预测执行和其他超标量功能,则可以将其视为MPU,但是转变的确切位置并没有明确界定。
在位数上,8位设备更有可能被视为MCU,64位设备很可能被视为MPU。不过最早的却是MPU是4位,这更像是历史问题,而不是决定性的特征。
也可以根据计算机可运行的操作系统进行分类,如果它运行Linux,则可以将其称为MPU。如果它仅允许较小的实时操作系统,甚至只运行裸机,则可以将其称为MCU,这为能够运行的Linux的设备留出了许多中间地带。在时序方面,MCU通常用于需要硬或软实时响应的应用程序,MPU通常不能用于这一目的。
一般也将多核处理器视为MPU,尤其是在内核相同且管理对称的情况下。不过专用设备可能具有多个处理器,有些专用于诸如数字信号之类特定任务的处理器也会被认为是MCU,因此通过核心数目判断是MPU还是MCU并不是一个准确的依据。
从使用目的来看,可以认为通用设备是MPU,单用途设备是MCU,但这实际上只关乎设备的使用方式,如果在不明确使用目的的情况下使用任何设备,那时候如何称呼这一设备呢?
通常全功能MPU不会具有专用外围设备,这在很大程度上是因为它们是通用的,而不是面向特定应用,因此你可能会认为只要有这样的外围设备,就是MCU,但是事实并非如此,缺少外围设备也并不意味着就是MPU。