簡(jiǎn)單看懂CPU、MCU、MPU、SOC和MCM的區(qū)別

在嵌入式開(kāi)發(fā)中，我們經(jīng)常會(huì)接觸到一些專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，例如CPU、MCU、MPU、SOC和MCM等，這些縮寫(xiě)代表了不同類(lèi)型的電子處理單元，它們?cè)谙M(fèi)電子、計(jì)算機(jī)硬件、自動(dòng)化和工業(yè)系統(tǒng)中扮演著重要角色。

下面將介紹每個(gè)術(shù)語(yǔ)的基本含義和它們?cè)趯?shí)際使用中的區(qū)別：

1. CPU

CPU（Central Processing Unit，中央處理單元）：由運(yùn)算器、控制器和寄存器及相應(yīng)的總線(xiàn)構(gòu)成。它可以是一個(gè)獨(dú)立的處理器芯片或一個(gè)內(nèi)含多核處理器的大型集成電路。

眾所周知的三級(jí)流水線(xiàn)：取址、譯碼、執(zhí)行的對(duì)象就是CPU，CPU從存儲(chǔ)器或高速緩沖存儲(chǔ)器中取出指令，放入指令寄存器，并對(duì)指令譯碼，然后執(zhí)行指令。所謂的計(jì)算機(jī)的可編程性其實(shí)就是指對(duì)CPU的編程。

2. MCU

MCU（Microcontroller Unit，微控制器單元）：MCU是一個(gè)緊湊型處理器，隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及發(fā)展，把計(jì)算機(jī)的CPU、RAM、ROM、定時(shí)器和輸入輸出I/O引腳集成在一個(gè)芯片上。比如51、STC、Cortex-M這些芯片，它們的內(nèi)部除了CPU外還包含了RAM和ROM，可直接添加簡(jiǎn)單的器件（電阻/電容）等構(gòu)成最小系統(tǒng)就可以運(yùn)行代碼了。

MCU常用于嵌入式系統(tǒng)，如家用電器、汽車(chē)電子設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備中。與MPU相比，MCU更多的是自成一體的解決方案，可獨(dú)立執(zhí)行預(yù)定的任務(wù)。

3. MPU

MPU（Microprocessor Unit，微處理器單元）：是一種更具體的CPU類(lèi)型，微處理器通常代表功能強(qiáng)大的CPU（可理解為增強(qiáng)型的CPU），這種芯片往往是計(jì)算機(jī)和高端系統(tǒng)的核心CPU。例如嵌入式開(kāi)發(fā)者最熟悉的ARM的Cortex-A芯片，他們都屬于MPU。

MPU主要在個(gè)人電腦、服務(wù)器和其他高性能計(jì)算設(shè)備中使用。微處理器單元的設(shè)計(jì)注重于高性能指令處理。

4. SOC/SOPC

SoC（System on Chip，片上系統(tǒng)）：是一種集成電路，它將所有或大部分必要的電子電路和部件集成到單一芯片上。包括CPU核心、內(nèi)存、輸入/輸出控制器、外圍設(shè)備和其他功能模塊。SoC的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了讓它能夠作為系統(tǒng)的主要計(jì)算引擎。

MCU只是芯片級(jí)的芯片，而SOC是系統(tǒng)級(jí)的芯片，它集成了MCU和MPU的優(yōu)點(diǎn)，即擁有內(nèi)置RAM和ROM的同時(shí)又像MPU那樣強(qiáng)大，它可以存放并運(yùn)行系統(tǒng)級(jí)別的代碼，也就是說(shuō)可以運(yùn)行操作系統(tǒng)。

SoPC（System on a Programmable Chip，可編程片上系統(tǒng)）：是指硬件邏輯可編程的片上系統(tǒng)，如FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）被用于創(chuàng)建系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的SoC相比，SoPC提供了更多的靈活性，因?yàn)橛布壿嬁梢栽谛酒圃旌蟾鶕?jù)需求進(jìn)行修改和配置。

舉個(gè)例子說(shuō)明便于理解，單片機(jī)的硬件配置是固化好了的，我們能夠編程修改的是軟件配置，本來(lái)是串口通信功能，通過(guò)修改代碼變成AD采樣功能，也就是說(shuō)硬件配置是固定了的，只能通過(guò)修改軟件來(lái)選擇其中的一項(xiàng)或多項(xiàng)功能。

而SoPC可以修改硬件配置信息使其成為相應(yīng)的芯片，可以是MCU，也可以是SOC。

5. MCM

MCM（Multi-Chip Module，多芯片模塊）：MCM是將多個(gè)獨(dú)立的集成電路封裝在一個(gè)單獨(dú)的芯片上的技術(shù)。與將所有功能集成到單個(gè)集成電路的SoC不同，MCM通常用于封裝性能更強(qiáng)、功能專(zhuān)注的獨(dú)立集成電路。它們可以提供類(lèi)似系統(tǒng)總線(xiàn)的內(nèi)部連接，使得性能更優(yōu)于單芯片解決方案。

在嵌入式開(kāi)發(fā)中，接觸頻率較多的一般是MCU和SOC，而現(xiàn)在STM32也幾乎成為了MCU的代名詞，SOC目前則以Cortex-A系列為主，開(kāi)發(fā)難度也有所差異，對(duì)于嵌入式從業(yè)者來(lái)說(shuō)，弄清楚這些專(zhuān)業(yè)概念是必備的。