MPU還是MCU，不是一個(gè)簡(jiǎn)單選擇的問(wèn)題

　　當為你的下一個(gè)設計方案選擇正確的核心處理器件時(shí)，你應該考慮哪些因素呢?本文將對MPU和MCU做些對比分析，并以此對器件的選擇給出一些指導性建議和意見(jiàn)。

　　每當在為新設計選擇正確合理的器件時(shí)，我們可能會(huì )有些茫然不知所措。這是需要做正確的平衡處理的事，包括價(jià)格，性能，功耗等方面的影響。當然，你可以為新設計著(zhù)手考慮一些直接的技術(shù)方案，但是如果核心器件，無(wú)論是微控制器還是微處理器成為一系列新產(chǎn)品的基礎平臺，那么我們可能需要花長(cháng)時(shí)間來(lái)做決定，到底是選MCU還是MPU。

　　首先，我們來(lái)看看MCU和MPU的主要差別。一個(gè)典型的MCU通常使用片內f(wàn)lash存儲器來(lái)存儲和執行程序代碼。以這種方式存儲程序意味著(zhù)MCU有非?？斓膯?dòng)時(shí)間，上電能夠快速執行代碼，片內存儲還有個(gè)優(yōu)勢是可以加密程序。使用片內存儲方式唯一不足就是總存儲空間受MCU本身所限。目前市場(chǎng)上絕大多數flash型MCU最大空間為2M字節，從各種應用上看，這證明了是一個(gè)限制因素。而MPU沒(méi)有存儲空間的限制，MPU使用外部存儲器提供程序和數據空間。程序一般放在非易失性存儲器如NAND或者串行Flash內，啟動(dòng)時(shí)，程序載入到外部DRAM中，然后開(kāi)始執行。這意味著(zhù)MPU沒(méi)有MCU啟動(dòng)運行來(lái)的快，但MPU可擴展的外部DRAM和NVM容量能達到數百Mbytes，甚至上Gbytes。另一個(gè)不同是供電，一般MCU僅僅需要單電壓供電，而MPU需要幾路不同的電壓分別給IO，內核，DDR等供電，開(kāi)發(fā)者往往需要在電路板上設計附加的電源轉換芯片。

　　從應用前景來(lái)看，設計規范的某些方面可能要求以特殊方式選擇器件。例如，外設接口通道數需求超過(guò)了MCU能提供的怎么辦?再比如，規格書(shū)規定了用戶(hù)接口的容量，而MCU由于沒(méi)有足夠大的片內存儲器或者達不到需要的性能，無(wú)法滿(mǎn)足需求怎么辦?當著(zhù)手第一次設計，必須要知道的是有很大的可能性產(chǎn)品會(huì )有許多變更情況。如果那樣的話(huà)，基于平臺設計方法將是首選的設計方法，這將保證更充足的功耗和接口富余，以適應以后的功能升級。

　　選擇難以決斷的一個(gè)特征是任何所提供的設計都能滿(mǎn)足所需要的處理性能。處理能力通常用Dhrystone MIPS (DMIPS)來(lái)量化，它是測量處理器運算能力最常見(jiàn)指標之一。例如，一顆基于ARM Cortex-M4內核的Atmel SAM4系列MCU處理率為150 DMIPS，而一顆ARM Cortex-A5處理器MPU，如SAMA5D3能達到850 DMIPS。一種估算DMIPS需求的方式是觀(guān)察可能導致性能惡化的局部應用。運行一個(gè)完整的操作系統，如Linux, Android或者Windows CE，對你的應用來(lái)說(shuō)可能要求至少300-400 DMIPS。對許多應用來(lái)說(shuō)，能夠滿(mǎn)足RTOS并且有50 DMIPS的足夠寬裕即可。使用RTOS還有其他好處，只需要很少的存儲空間，一般內核僅僅需要幾KB到幾十KB的容量。然而，為了運行完整的操作系統，需要一個(gè)內存管理單元(MMU)，依次指定處理器內核的使用執行，這就要求更快的處理運算能力。對于運行大量數字運算的應用，額外的DMIPS需要保留給OS以及其他的通信和控制任務(wù)。所以，越是基于海量運算的應用，越應該考慮使用MPU來(lái)控制。

　　無(wú)論是針對消費電子還是工業(yè)自動(dòng)化為目標的應用設計，用戶(hù)界面(UI)都需要認真考慮。作為消費者，我們已經(jīng)熟悉并樂(lè )于使用多彩色直觀(guān)的用戶(hù)圖形界面。盡管操作員的操作環(huán)境多少會(huì )受限，但工業(yè)應用中已經(jīng)越來(lái)越多使用這種需要操作員交互的方式。對于用戶(hù)界面(UI)，有許多要素。第一，處理運算額外的需求，如UI庫Qt，普遍放在Linux頂部，需要額外的80-100 DMIPS開(kāi)銷(xiāo)。第二，是和UI的復雜度相關(guān)，越是豐富多彩，富于變化的多媒體圖像顯示，就需要越快的處理能力和越多的內存，并且隨著(zhù)解析度的增加，這種需求成比例的增加，這也是為什么以UI為中心的設計更適合用MPU的原因。相反，低解析度的靜態(tài)圖像UI可以使用MCU尋址。另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是，MPU通常集成一個(gè)嵌入式TFT LCD控制器，這是很有用的。很少有MCU芯片有這個(gè)功能，所以需要添加額外的TFT LCD控制器和驅動(dòng)元器件。即使一些MCU嵌入了TFT LCD控制器來(lái)?yè)屨际袌?chǎng)，但仍需要足夠大的SRAM來(lái)驅動(dòng)顯示。例如，QVGA 320 x 240分辨率16bit色彩的屏幕需要150K字節的SRAM。對于SRAM來(lái)說(shuō)這是相當大的容量，所以可能需要額外多的內存和器件。更加復雜先進(jìn)的圖形用戶(hù)界面，特別是屏幕超過(guò)了4.3英寸，會(huì )明確規定使用MPU。所以，如果說(shuō)在彩色TFT屏幕上運行用戶(hù)圖形界面是把MPU當做核心，那么分段點(diǎn)狀矩陣LCD屏和其他帶有串行接口的顯示屏就以MCU為核心。

　　從連接性角度說(shuō)，大多數MCU和MPU可以利用一切通用外設接口。但諸如USB2.0，以太網(wǎng)等高速通信外設接口通常只有MPU會(huì )配備，因為MPU更具有處理大量數據的能力。數據通信中是否有足夠的通道和帶寬是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。根據所用的通信協(xié)議，在使用第三方工具時(shí)應當檢查代碼空間的壓縮問(wèn)題。當應用需要高速連通性時(shí)候，特別是使用基于OS的堆棧，要求基于MPU來(lái)設計系統。

　　另一個(gè)決定使用MCU還是MPU的關(guān)鍵方面是根據應用系統的實(shí)時(shí)/確定性的行為。由于MCU處理器內核嵌入了flash，軟件要么是RTOS要么是C，這決定了MCU在大多數即時(shí)性應用中將起一個(gè)至關(guān)重要的角色。

　　最后一點(diǎn)需要考慮的是功耗。雖然MPU有低功耗模式，但不會(huì )像典型MCU那樣低?？紤]到附加的硬件部分，MPU在使用低功耗模式時(shí)有更多的附加因素，這可能使系統變的更復雜。同樣，MCU實(shí)際功耗大大低于MPU，低功耗模式中，SRAM和寄存器需要保持，這是要考慮的因素。顯而易見(jiàn)，操作系統即時(shí)的從休眠模式中恢復運行和RAM直接相關(guān)。做出選擇基于MCU還是MPU的決定牽涉到性能，容量，預算成本。一般而言，MCU趨向于低成本低功耗解決方案，MPU趨向于功能充足，高性能的場(chǎng)合。MCU趨向于在遠程控制，消費電子，智能儀器儀表等低功耗應用上，這些應用強調電池的使用壽命，極少使用用戶(hù)圖形交互界面，MCU也使用在需要即時(shí)行為功能的場(chǎng)合。MPU則是基于操作系統的工業(yè)和消費應用的理想選擇，這些應用通常有大量的計算，高速的互聯(lián)性，或者強大用戶(hù)圖形交互界面。

　　選擇一家可以提供高兼容性MCU和MPU產(chǎn)品的廠(chǎng)商，你能很容易移植，使軟件代碼的重復使用率最大，獲得最好的投資回報。

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