微处理器与单片机选微处理器MPU，还是单片机MCU？两者区别详解|设计与开发|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

选微处理器MPU，还是单片机MCU？两者区别详解

每项新应用设计都需要一个单片机或微处理器。当在两者之间选择其一时，需要考虑一些因素。以下是微处理器、单片机的概述和对比。

考虑选择微处理器(MPU)或者单片机(MCU)时，应用类型通常是关键因素。另一方面，最终选择取决于诸如操作系统和内存之类的因素。不过，有时可以将微处理器和单片机内核结合使用，这称作异构架构。

操作系统

对于一些基于Linux或安卓等操作系统的计算机密集型工业和消费类应用，需要大量高速连接或功能范围广泛的用户接口，微处理器就是最佳选择。这是因为大多数单片机都没有操作系统，而只有裸机程序，借助于顺序处理循环和状态机，几乎无需任何人工干预即可运行程序。然而，许多高性能单片机可以支持诸如FreeRTOS之类的实时操作系统(RTOS)，从而以确定性方式实时响应需要硬实时行为的应用程序。

作为具有许多免费软件、广泛硬件支持和不断发展的生态系统的通用操作系统，嵌入式Linux取得了巨大的成功。它的另一个优点就是没有用户或授权许可费用。不过，与嵌入式Linux一起运行的应用程序至少需要300至400 DMIPS(ARM-Dhrystone MIPS)性能，因此较适合使用微处理器。单片机没有足够的计算能力和内存来应付此类应用。

如果是用于复杂或对实时性要求高的控制系统， RTOS则很有用，但至少要配合50 DMIPS的高性能单片机。这比嵌入式Linux所需的性能要求要少得多。传统的RTOS设计精简，因此可以在单片机上运行。针对实时计算硬件时，这是合理的，例如用于车辆的防抱死系统，若响应时间过长会带来致命的后果。即使必须支持大量的功能、中断源和标准通信接口，也建议使用带有RTOS的单片机。

内存

微处理器与单片机之间的另一个主要区别是，微处理器依赖外部存储器来保存和执行程序，而单片机则依赖嵌入式闪存。在微处理器中，程序通常存储在非易失性存储器中，例如eMMC或串行闪存。在启动过程中，将其加载到外部DRAM中并在此执行启动程序。DRAM和非易失性存储器都可以具有几百兆甚至几千兆字节容量，这意味着微处理器几乎从来不受存储容量限制。但有一个潜在缺点：外部存储器或许会使得PCB布局的设计变得更加复杂。

即使是当前的高性能单片机，例如由意法半导体(STMicroelectronics)生产的STM32H7，最多也仅提供2 MB程序内存，对于许多需要操作系统的应用而言可能不足。由于程序位于片上内存中，因此其优点是执行启动和重置过程的速度明显更快。

计算能力

计算能力是典型的选择因素。不过，在这方面，微处理机与单片机之间的界线变得模糊了。例如，如果你将ARM体系结构视为单片机和微处理器市场中分布最广泛的体系结构之一，这就变得显而易见了。ARM提供了不同的处理器体系结构以满足各种要求：

Cortex-A提供了最高性能，并且已经针对综合操作系统进行了优化。它们主要部署在功能强大的设备中，比如智能手机或服务器。

Cortex-M较小，具有更多的片上外设，但是能耗较低，并且针对嵌入式应用进行了优化。

Dhrystone是比较不同处理器性能的测试基准。根据该基准，普通平价单片机具有30 DMIPS，而当前性能最高的单片机(包括嵌入式程序闪存)与这些平价单片机的差距高达1027 DMIPS。相比之下，微处理器的起步点约为1000 DMIPS。

能耗

单片机在能耗方面表现出色，要比微处理器低很多。尽管微处理器具有节能模式，但其能耗仍然比典型的单片机高得多。而且，微处理器使用外部存储器，因此较难切换到节能模式。对于需要较长的电池运行时间，并且很少使用或没有用户接口的超低功耗应用，单片机是更好的选择，尤其是对于消费类电子产品或智能电表来说。

连接性

大多数单片机和微处理器都配备了所有常规外围设备接口。但是，如果用户需要的是超高速外围设备，在单片机里是找不到例如千兆以太网这种相关接口的。尽管这实际上已成为微处理器中的标准功能单片机。这是十分合理的，因为单片机几乎无法处理这些高速接口所产生的数据量。一个关键问题是：是否有足够的带宽和通道来处理爆发的数据量？

实时表现

当实时性能是最重要的考虑因素时，单片机绝对是首选。凭借处理器内核、嵌入式闪存和软件(RTOS或裸机OS)，单片机可以出色地完成实时任务。因为Cortex-A微处理器使用高性能的流水线，用户可以看到在跳转和中断期间，随着流水线的深度不断增加，延迟时间也随之升高。由于OS与微处理器一起执行多任务，因此很难实现硬实时操作。

系统基础IC

由于电源已经集成在单片机中，因此它们仅需要一个单电平电源。另一方面，微处理器需要许多不同电压的电源来为内核和其它组件供电，所以通常需要一个特殊配置的电源管理IC（即所谓的系统基础芯片）来进行供电管理。

结语

很难说微处理器或单片机哪个才是更好的选择，但经验法则是，你应该始终权衡各种利弊条件。以下几点可以用作大致指导：

单片机非常适合以能耗为主要关注点，且价格较低的移动应用以及具有实时需求的应用。

微处理器则非常适合与操作系统一起运行并需要高速接口的密集计算应用。游戏和其他图形密集型应用使用特殊的微处理器进行联网处理。

单片机、微控制器和微处理器有什么区别？

1. 问：单片机、微控制器和微处理器有何区别?

答：处理器通常指微处理器、微控制器和数字信号处理器这三种类型的芯片。微处理器(MPU)通常代表一个功能强大的CPU,但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核心CPU。最常见的微处理器是Motorola的68K系列和Intel的X86系列。早期的微控制器是将一个计算机集成到一个芯片中,实现嵌入式应用,故称单片机(single chip microcomputer)。随后,为了更好地满足控制领域的嵌入式应用,单片机中不断扩展一些满足控制要求的电路单元。目前,单片机已广泛称作微控制器(MCU)。也有由微处理器发展的微控制器。比如,Intel的386EX就是很成功的80386微处理器的微控制器版本。它与嵌入式应用的微处理器一样,也称为嵌入式微处理器。嵌入式处理器的高端产品有：Advanced RISC Machines公司的ARM、Silicon Graphics公司的MIPS、IBM和Motorola的Power PC 、Intel的X86和i960芯片、AMD的Am386EM、Hitachi的SH RISC芯片。数字信号处理器(DSPs)里的CPU是专门设计用来极快地进行离散时间信号处理计算的,比如那些需要进行音频和视频通信的场合。DSPs内含乘加器,能比其它处理器更快地进行这类运算。最常见的是TI的TMS320CXX系列和Motorola的5600X系列。

2. 问：什么是嵌入式系统?它和通用微机有何不同?

答：嵌入式系统(embedded system)是计算机硬件和软件的集合体。它包括一个处理器,涉及对硬件的直接控制,是为了嵌入到对象体系中完成某种特定的功能而设计的,是嵌入式计算机系统的简称。如微波炉是很好的嵌入式系统的应用实例：用处理器和软件帮助人们做饭。嵌入式系统和家里的微机(个人计算机)形成了鲜明的对比。同样是计算机硬件和软件,个人计算机却不是用来完成某个特定功能的, 相反,它可以做各种不同的事情。因此,很多人用计算机的通用性来区分通用计算机(通用微机)和嵌入式系统这种专用计算机系统。嵌入式系统可以是微控制器 (单片机)或是以微处理器为主构成的计算机系统,也包括数字信号处理器(DSPs)构成的系统和片上系统SoC(System on Chip)。单片机是专门用作嵌入式应用而设计的单芯片型计算机。为了不断扩展的嵌入式应用要求,不断在片内扩展满足控制需要的各种单元电路,而形成目前广泛使用的微控制器。因此,单片机(微控制器)是一个典型的普及型的嵌入式系统,因为它们除了嵌入式应用之外没有其他用途。

3. 问：数据传输率的单位是b/s还是baud?

答：串行通信的数据传输率一般用位每秒(bps,即bit per second)表示,单位为b/s。baud是波特率单位。波特率指每秒一个信道的信号改变的数目,即电信号被送到通信线上的频率。波特率是一个电气测量单位,并不一定是一个线路上的数据传输率单位。当一个数据位被编码在一个信号周期中时, bps才等于波特率。如果使用了压缩和编码算法,位传输率将超过基本的波特率。一个UART只负责处理电信号的发送和接收,这样,微机和单片机的UART 串行口的设置就是让其按指定的波特率接收或发送,因而取baud为波特率的单位;而通过MODEM等在数据线路上传输的单位应取b/s, 因为MODEM一般都使用编码算法来增加传输率。