В области разработки встраиваемых систем мы часто сталкиваемся с некоторыми важными профессиональными терминами, такими как CPU, MCU, MPU, SOC и MCM. Эти аббревиатуры обозначают различные типы электронных процессоров, которые играют ключевую роль в бытовой электронике, компьютерном оборудовании, автоматизации и промышленных системах. Ниже мы углубимся в основное значение каждого термина и то, как они различаются в практическом применении.

Анализ CPU, MPU, MCU, SOC, SOPC и MCM

Во-первых, давайте сосредоточимся на процессоре.

ЦП (центральный процессор)

Центральный процессор, или ЦП, является сердцем компьютерной системы. Он состоит из арифметических блоков, контроллеров, регистров и соответствующих шин. ЦП может представлять собой независимый процессорный чип или большую интегральную схему, содержащую многоядерный процессор. В компьютерном мире процессор рассматривается как мозг, отвечающий за выполнение инструкций и обработку данных, и является ключевым компонентом всей компьютерной системы.

Рабочий процесс ЦП обычно включает этапы выборки, декодирования и выполнения инструкций. Он извлекает инструкции из памяти или кэша, загружает их в регистр инструкций, а затем декодирует и выполняет инструкции. Компьютерное программирование на самом деле относится к программированию ЦП, которое является ядром компьютерного программирования.

Далее давайте узнаем о MCU.

MCU (микроконтроллер)

MCU - это компактный процессор, который объединяет основные компоненты, такие как ЦП, ОЗУ, ПЗУ, таймеры, а также контакты ввода-вывода, на одном кристалле. Например, чипы серии 51, серии STC и серии Cortex-M относятся к категории MCU. Эти чипы содержат не только ЦП, но также ОЗУ и ПЗУ, поэтому вы можете построить минимальную систему и запускать код, просто добавляя такие компоненты, как резисторы и конденсаторы.

Микроконтроллеры широко используются во встроенных системах, включая бытовую технику, автомобильную электронику и медицинское оборудование. По сравнению с MPU, MCU представляет собой скорее автономное решение, способное самостоятельно выполнять определенные задачи.

МПУ (микропроцессорный блок)

MPU - это более конкретный тип ЦП, который обычно представляет собой мощный ЦП и может считаться ЦП высокого уровня. Этот тип чипов обычно используется в основных процессорах компьютеров и высокопроизводительных систем. Например, в области встраиваемых разработок чипы серии ARM Cortex-A относятся к категории MPU. К основным областям применения MPU относятся персональные компьютеры, серверы и другое высокопроизводительное вычислительное оборудование. Конструкция MPU ориентирована на высокопроизводительную обработку инструкций.

Далее давайте рассмотрим SOC и SOPC.

SOC (система на кристалле)

SoC (система на кристалле) - это интегральная схема, объединяющая все или большую часть необходимых электронных схем и компонентов на одном чипе. Он включает в себя ядро процессора, память, контроллер ввода-вывода, периферийные устройства и другие функциональные модули. SoC предназначен для использования в качестве основного вычислительного механизма системы. Такая высокоинтегрированная конструкция позволяет широко использовать SoC в различных электронных устройствах, от смартфонов и планшетов до встраиваемых систем и устройств Интернета вещей. Преимущества SoC включают экономию места, снижение энергопотребления, повышение производительности и упрощение конструкции системы. В отличие от MCU, который представляет собой решение только на уровне чипа, SOC - это чип системного уровня, который не только объединяет преимущества MCU (такие как встроенное ОЗУ и ПЗУ), но также обладает высокой производительностью MPU, поэтому он может хранить и запускать код системного уровня и даже может запускать операционную систему.

SOPC (система на программируемом кристалле) относится к системе на кристалле с программируемой аппаратной логикой, такой как FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица), которая используется для создания проектов системного уровня. По сравнению с традиционной SoC (системой на кристалле), SOPC (система на программируемом чипе) обеспечивает большую гибкость, поскольку аппаратную логику можно модифицировать и настраивать по мере необходимости после изготовления чипа. Это означает, что SOPC может изменять информацию о конфигурации оборудования по мере необходимости, чтобы сделать его соответствующим чипом, который может быть микроконтроллером (MCU) или SoC. Такая гибкость делает SOPC мощным инструментом для адаптации к различным потребностям приложений, поскольку его можно переконфигурировать в соответствии с конкретными сценариями приложений и функциональными требованиями без необходимости перепроектирования и производства оборудования. Это ценно для быстрого создания прототипов и настройки приложений.

Наконец, давайте взглянем на MCM.

MCM (многочиповый модуль)

MCM - это технология, которая объединяет несколько независимых интегральных схем на одном кристалле. В отличие от SOC, который объединяет все функции в одной интегральной схеме, MCM обычно используется для упаковки независимых интегральных схем с более высокой производительностью и более целенаправленными функциями. Они могут обеспечивать внутренние соединения, подобные системной шине, обеспечивая более высокую производительность, чем однокристальные решения.

В области разработки встраиваемых систем мы часто сталкиваемся с терминами MCU и SOC. Например, STM32 стал почти синонимом MCU, а SOC в основном основан на серии Cortex-A. Они различаются сложностью разработки и областями применения. Для специалистов по разработке встроенных систем очень важно иметь глубокое понимание этих профессиональных концепций, поскольку они напрямую влияют на их выбор и решения в проектах. Надеюсь, эта статья поможет вам лучше понять ключевые термины разработки встроенных систем.