【嵌入式处理器】CPU、MPU、MCU、DSP、SoC、SiP的联系与区别

news2024/9/27 5:57:50

1、CPU(Central Processing Unit)

CPU(Central Processing Unit),是一台计算机的运算核心和控制核心。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。众所周知的三级流水线:取址、译码、执行的对象就是CPU,差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段: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。如x86处理器。

2、微处理器 MPU (MicroProcessor Unit)

MPU是由计算机中的CPU演变而来。 与CPU的区别在于,它只保留了与嵌入式应用紧密相关的功能硬件。目前主要的嵌入式处理器类型有ARM、MIPS、PowerPC、68000系列等。(摘自《ARM&Linux嵌入式系统教程》,鄙人唯一还没扔的大学教材),我们经常说ARM,却忘了它是MPU。

3、微控制器 MCU (MicroController Unit)

MCU俗称单片机,他将整个计算机系统集成到一块芯片中。MCU一般以一种MPU为核心(如M3核心的STM32单片机),集成Flash、RAM、总线逻辑、定时器/计数器、看门狗、I/O、PWM、ADC等各种必要功能模块和外围器件。

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4、DSP处理器(Digital Signal Processor)

DSP处理器有两个发展来源:
1、DSP处理系统经过单片化、电磁兼容(EMC)改造以及增加片上外设,成为DSP处理器,如TI公司的TMS320C2000/C5000等。
2、通过在单片机或SoC增加DSP协处理器,如Intel公司的MCS-296和英飞凌的TriCore。

5、片上系统 SoC (System on Chip)

随着EDA的普及和半导体工业的迅速发展,在一个硅片上实现多个更为复杂系统的时代已来临,这就是片上SoC。MCU只是芯片级的芯片,而SoC是系统级的芯片,它既MCU那样有内置RAM、ROM同时又像MPU(微处理器)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。如乐鑫公司的ESP32等。
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6、系统级封装 SiP(System in Package)—— 未来产品设计的主力

从架构上来说,它会将处理器、存储器、电源管理芯片,以及无源器件等不同功能的芯片通过并排,或者叠加的方式封装在一起。它跟SoC一样,都可以在芯片层面上实现产品的小型化和微型化。不同的是,SiP是将多颗不同的芯片封装在一起,SoC是一颗芯片。

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我们发现,嵌入式处理器正在朝着一个高集成度的趋势发展——
MPUMCU(MPU + 外围器件)→ SoC(MCU + 系统)→SiP(多SoC)。
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这也是本文的主题,这样的好处显而易见:

1、通过改变内部工作电压,降低芯片功耗,对嵌入式系统来说,功耗是王道。
2、减少芯片对外的引脚数,简化制造过程。
3、减少芯片和电路板之间的信号传递,加快微处理器数据处理的速度。
4、内嵌的线路可以避免外部电路在信号传递时造成的系统杂讯。

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