MPU和MCU的区别

MCU指的是微控制器，MPU指的是微处理器。

MCU集合了FLASH、RAM和一些外围器件。MPU的FLASH和RAM则需要设计者自行搭建，当然MCU也可以外扩。MPU的电路设计相对MCU较为复杂。

MCU一般使用片内FLASH来存储和执行程序代码

MPU将代码存储在外部FLASH中，上电后将代码搬运至RAM中运行。

因此MCU的启动速度更快。MCU虽然也可以将代码运行在RAM中，但是内部RAM容量小，使用外部扩展RAM的话速度相对内部也较慢。

MPU的主频相对较高，外接的内存也一般是DDR3,DDR4这种速度比较快的，适用于运算比较复杂的。

MCU不具备内存管理单元（MMU），不能运行Linux这种操作系统，只能运行小型操作系统，因此无法运行多进程这种程序。小型操作系统的RTOS多任务类似于多线程。

MCU相对MPU具有更强的实时性。

MCU相对MPU具有更低的功耗。虽然MPU也有低功耗模式，但不会像MCU那么低。

至于如何选择，是使用MCU还是MPU需要从性能要求，体积重量要求、预算成本等多方面综合考虑。一般地，MCU偏向于低成本低功耗，MPU趋向于高性能。目前的MCU和MPU的界限在逐渐模糊，MCU的主频也在不断提高，外设不断增加。在远程控制，消费电子或对实时要求高的场合使用MCU的多一些。

在有大量计算，高速互联，或是图形交互要求高的地方使用MPU多一些。

根据要求也可以使用MCU和MPU配合，现在好多芯片是同时具有MCU和MPU的多核，更方便设计者使用。

MCU和MPU的区别及选择

MPU的全称叫Micro Processor Unit，MCU的全称是Mirco Controller Unit。首先这两个词都有一个Micro开头，其实这就表明了这是计算/控制单元小型化后出现的技术。事实上，这是由于集成电路进步带来的计算机系统集成程度提高的结果。使得原来有多片分立的元件组成的计算机系统向高度集成化发展，多个芯片/元件的功能在向一颗芯片集中。这是一个大的技术演进的背景。

但在技术演进过程中，出现了两种不同的需求。这两种需求就是“以软制硬”和“以硬助软”两种模式。这在我的专栏里有一个系列，有兴趣的朋友可以去扩展阅读一下。

所谓以软制硬，就是通过运行一段软件/程序来控制硬件，也就是所谓的程控。在这种使用模式中，计算机系统不承担主要的工作负载，而主要是起辅助/协调/控制作用。具体的可以参考：

其实我是老莫：以软制硬，以硬助软：在芯片中嵌入处理器的两种形式。（连载二）27 赞同 · 0 评论文章

因此这种情况下集成的化的计算机系统就不太需要强大的计算/处理能力。所以对应的形态应该是运行频率低、运算能力一般，但是需要集成化程度高（使用方便）、价格低廉（辅助系统不应增加太多成本）等因素。

由于主要完成“控制”相关的任务，所以被称为Controller。也就是根据外界的信号（刺激），产生一些响应，做一点简单的人机界面。对于这种需求，通过不需要芯片主频太高。早期8051系列主频不过10几MHz，还是12个周期执行一条指令。经过多年的“魔改”也最终达到了100MHz。其次就是处理能力不用太强，8位的MCU长期是微控制器的主流。后来16位的MCU逐步开始占领市场。而随着ARM的32位MCU的出现，采用ARM的M系列的MCU也开始逐步扩大市场。以ST、NXP公司的产品为主要代表。但是这些ARM系列MCU的主频一般也是在几十MHz到100多MHz的量级。其次由于执行的“控制相关”任务，通常不需要支持复杂的图形界面和处理能力。

在MCU上完成的任务大多数是一些简单的刺激-响应式的任务，而且任务类型单一，任务执行过程简单。在这种情况下一般不需要MCU去执行功能复杂、运算量大的程序，而通常不需要运行大型操作系统来支持复杂的多任务管理。这就造成了MCU一般对于存储器的容量要求比较低。

而Processor，顾名思义是处理器。处理器就是能够执行“处理”功能的器件。其实具备Processor这个单词的器件不少。比如CPU就被称为“中央处理器”，那既然有“中央”就应该有“外围”。GPU在经典的桌面计算机中就是一个典型的“外围”处理器，主要负责图形图像处理，由于图形图像显示。当然，今天由于AI的崛起，GPU变身成为了人工智能的训练神器。

带“P”的还有DSP，数字信号处理器，一种专门为了数字信号处理而生的“领域专用处理器”。所以这些带P的处理器，都是要具备“处理”能力的。“处理”什么？自然是处理数据/信息了。也就是说处理器本身都需要较为强大的数据处理/计算能力。

以GPU为例，正是由于它强大的并行浮点运算能力才能支持高速的图像处理，使音视频播放、多媒体技术成为可能。同样由于这样的处理能力使之在AI时代来临之时发挥巨大作用。

以上对于处理器说了这么多，核心意思就是一个。处理器一定要处理/运算能力强，能够执行比较复杂的任务。而微处理器，其实就是微型化/集成化了的处理器。准确的说是微型化/集成化的“中央处理器”。这就是把传统的CPU之外集成了原属于“芯片组”的各类接口和部分“外设”而形成的。

MPU从一开始就定位了具有相当的处理和运算能力，一般需要运行较大型的操作系统来实现复杂的任务处理。因此这就决定了MPU应该具备比较高的主频，和较为强大的运算能力。MPU很早就演进到了32位处理器，现在更是开始大力普及64位。现在MPU领导具有绝对影响力的Arm公司一开始就定位要做32位。同时MPU也一直追求实现较高的主频。早期经典的Arm9系列MPU频率就在200MHz-400MHz。现在手机上使用的高端MPU更是到达了3GHz，和主流的桌面处理器是一个级别了。和通用的桌面处理器一样，MPU现在也普遍“多核化”。

为了支撑MPU强大的算力，使得“物尽其用”。必然要求在MPU上运行比较复杂的、运算量大的程序和任务，通常需要有大容量的存储器来配合支撑。而大容量的存储器难以被集成到以逻辑功能为主的MPU内部，因此MPU现在要运行起来通常需要“外挂”大容量的存储器。主要是大容量的DDR存储器和FLASH。在手机领域前者被称为“运存”而后者被称为“内存”。为了支撑运行复杂操作系统和大型程序，往往还需要MPU中集成高性能的存储控制器、存储管理单元（MMU）等一整套复杂的存储机制和硬件。

所以从形态上看，MPU由于需要运行对处理能力要求复杂大程序，一般都需要外挂存储器才能运行起来。而MCU往往只是执行刺激-响应式的过程控制和辅助，功能比较单一，仅仅需要使用片上集成的小存储器即可。这是区别MPU和MCU的重要表象，但不是核心原因。

总结一下，MPU和MCU的区别本质上是因为应用定位不同，为了满足不同的应用场景而按不同方式优化出来的两类器件。

• MPU注重通过较为强大的运算/处理能力，执行复杂多样的大型程序，通常需要外挂大容量的存储器。
• MCU通常运行较为单一的任务，执行对于硬件设备的管理/控制功能。通常不需要很强的运算/处理能力，因此也不需要有大容量的存储器来支撑运行大程序。通常以单片集成的方式在单个芯片内部集成小容量的存储器实现系统的“单片化”。

但需要指出的是，随着技术的不断演进。以上的产品形态也会发生一系列的变化和衍生。现在NXP已经开始推出主频在1GHz，带强大运算能力的MCU。而随着3D封装、Chiplet技术的进步，把大容量存储器以先进封装的方式实现“单片集成”也正在实现。所以这种技术名词最终还是应该从他们出现的原因去理解，而不应该简单的从一些形态、架构去解释。更不应该机械的搞一些没有什么意义的“定义”，还让学生在考试的时候去回答。

最后，Arm公司所提出A、R、M三个系列的处理器分类是更加科学、更加符合不同应用场景的分类。对于学习处理器相关知识的同学应该从这方向去理解更为合适。对于A、R、M的解释我们下次有机会再谈。

  Cortex-A 系列 - 开放式操作系统的高性能处理器
      Cortex-A 应用程序处理器（Application Processors）在高级工艺节点中可实现高达 2GHz+ 标准频率的卓越性能，从而可支持下一代的移动 Internet 设备。这些处理器具有单核和多核种类，最多提供四个具有可选 NEON 多媒体处理模块和高级浮点执行单元的处理单元。
 应用包括智能手机、智能本和上网本、电子阅读器、数字电视、家用网络、家用网关和其他各种产品。

      Cortex-R 系列 - 面向实时应用的卓越性能
      Cortex-R 系列处理器的开发则面向深层嵌入式实时应用（Embedded Real-time  Applications Processors），对低功耗、良好的中断行为、卓越性能以及与现有平台的高兼容性这些需求进行了平衡考虑。
      应用领域有汽车制动系统、动力传输解决方案、大容量存储控制器、联网和打印机等。

      Cortex-M 系列 - 面向具有确定性的微控制器应用的成本敏感型解决方案
      Cortex-M 系列处理器（Embedded Microcontroller Processors）主要是针对微控制器领域开发的，在该领域中，既需进行快速且具有高确定性的中断管理，又需将门数和可能功耗控制在最低。
      应用领域有微控制器、混合信号设备、智能传感器、汽车电子和气囊等。

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