嵌入式随笔1一文搞懂CPU、MCU、MPU、SOC、SOPC、MMU、CACHE的区别与联系

 

CPU(Central Processing Unit)：中央处理器，是计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。CPU一般的工作流程包括四个步骤：提取(Fetch)、解码(Decode)、执行(Execute)和写回(Writeback)。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，并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。

 

MCU(Micro Control Unit): 微控制器，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的芯片。常见的典型MCU包括51，AVR、Cortex-M这些芯片，内部除了CPU外还有RAM、ROM，可以直接加简单的外围器件(电阻，电容)就可以运行代码了。

 

MPU(Micro Processor Unit)：微处理器(不是微控制器)，通常代表一个功能强大的CPU(暂且理解为增强版的CPU吧),但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。Intel X86、ARM中的一些Cortex-A芯片如飞思卡尔i.MX6、全志A20、TI AM335X等都属于MPU。

 

SoC(system on chip)：系统级芯片，也称为片上系统，意指它是一个产品，是一个有专有目标的集成电路，其中包含完整系统并嵌入软件的全部内容。而SOC是系统级的芯片，它既MCU(51，avr)那样有内置RAM、ROM同时又像MPU那样强大，不单单是放简单的代码，可以放系统级的代码，也就是说可以运行操作系统

 

SoPC(System On a Programmable Chip)：可编程片上系统，上面4点的硬件配置是固化的，就是说51单片机就是51单片机，不能变为avr，而avr就是avr，不是51单片机，他们的硬件是一次性掩膜成型的，能改的就是软件配置，通俗说就是改代码，本来是跑流水灯的，改下代码，变成数码管。而SOPC则是硬件配置，软件配置都可以修改；可以自己构建硬件，这颗芯片称为“白片”，什么芯片都不是，把硬件配置信息下载进去了，他就是相应的芯片了，可以让他变成51，也可以是avr，甚至arm，同时SOPC是在SOC基础上来的，所以他也是系统级的芯片，所以记得当把他变成arm时还得加外围ROM，RAM之类的，不然就是MPU了。

 

CACHE()：高速缓冲存储器，其作用是为了更好的利用局部性原理，减少CPU访问内存的次数。简单地说，CPU正在访问的指令和数据，其可能会被以后多次访问到，或者是该指令和数据附近的内存区域，也可能会被多次访问。因此，第一次访问这一块区域时，将其复制到cache中，以后访问该区域的指令或者数据时，就不用再从内存中取出。

 

MMU(Memory Management Unit):内存管理单元，它是中央处理器（CPU）中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权，多用户多进程操作系统。

 

TIPS：

CPU与MCU区别：CPU指代的是运算单元；

 

MCU与MPU区别：典型的MCU通常使用片内flash存储器来存储和执行程序代码。而MPU没有存储空间的限制，MPU使用外部存储器提供程序和数据空间。程序一般放在非易失性存储器如NAND或者串行Flash内，启动时，程序载入到外部DRAM中，然后开始执行。

 

SOC可以简单看成MCU与MPU的结合版，但是实际情况往往很复杂，比如某些MPU内部也包含ROM和RAM，可以实现启动阶段的一部分功能（系统启动过程，参见前文《不同嵌入式系统的启动过程分析》）；

 

CACHE分为一级缓存、二级缓存、三级缓存，缓存级别越低，速度越快，当然价格也更高。

 

通常情况下，有没有MMU可以看做区别SOC和MCU的特征，没有MMU一般就是MCU，包含MMU的是SOC。

 

最后，区分这些概念并没有什么乱用，只是为了辅助理解不同型号的芯片工作流程。