什么是MCU、MPU、DSP与FPGA
一、MCU
1.1 概念
- 微控制单元(Micro-Controller Unit,MCU),是把中央处理器(Central Process Unit;CPU) 的频率与规格适当缩减,并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、DMA、LCD等周边接口都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机。
- 俗称单片机,之所以称之为单片机(Single Chip Microcomputer),是因为不同于其他处理器,它将各种功能外设资源集中到一个芯片上,这个芯片就是一个完整的微型计算机,只需要供电或加上极少的外围电路即可工作。
1.2 历史发展
- 早期 4/8位 → 发展到16位 → 现在主流32位
- 同时主频也不断提高,ROM不断增大,外设不断增多
1.3 按用途分类
- 通用型:将可开发的资源(ROM、RAM、I/O、EPROM)等全部提供给用户。
- 专用型:其硬件及指令是按照某种特定用途而设计,例如录音机机芯控制器,打印机控制器,电机控制器等。
1.4 常见的MCU
- 51系列、AVR系列、PIC系列、MSP430系列、STM32系列
二、MPU
2.1 概念
- 微处理器(Micro-Processor Unit,MPU)。类似通用计算机的CPU,主要负责计算,需要额外的RAM、Flash、电源等电路,目前大多合并成2颗,一半称作北桥(North Bridge)和南桥(South Bridge)芯片。
2.2 MPU与MCU的区别
- MCU和MPU的本质区别是因为应用场景的定位不同
- MPU 注重相对强大的运算/处理能力,执行复杂多样的大型程序,因此需要外挂运行内存,Flash等。
- MCU注重功能较为单一、价格敏感的应用场景,不需要相对强大的运算/处理能力,更多的是设备管理/控制.
三、DSP
3.1 概念
- 通常有两个含义
- 数字信号处理( Digital Signal Processing ,DSP ) 是一门学科技术,使用数值计算的方式对信号进行加工处理的理论和技术。
- 数字信号处理器(Digital SignalProcessor ,DSP ) 是一种专门用于数字信号处理领域的微处理器芯片。
- 采用了许多特殊软硬件结构。首先是采用哈佛结构,将程序和数据分开,同时为处理器提供指令和数据,然后采用多级流水线技术,在指令周期内可以执行更多指令。加上专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令,使得DSP芯片在计算处理上,远超同主频的MCU或MPU.
- 拥有强大的数据处理能力,在数字信号处理领域,如调制/解调、数据加密/解密、图形处理、数字滤波、音频处理等计算密集型的场景广泛应用。
四、FPGA
4.1 概念
- 现场可编程门阵列( Field - Programmable Gate Array , FPGA ) ,由可编程互相连接的可配置逻辑块(CLB)矩阵构成的半导体器件。
- FPGA是一个可以通过编程改变内部硬件结构,实现所需功能的芯片。前面的MCU、DSP等都是硬件资源固定,只能通过修改软件实现所需功能。而FPGA是通过硬件描述语言修改硬件,将FPGA变为CPU或专用芯片,来实现控制或算法
五、复合架构
- MPU+FPGA/MPU + DSP/MCU+ FPGA/MCU+DSP等等
- 控制、显示、通信一般选择MCU或MPU
- 通信和数据处理算法选择DSP
- 大量的数据处理和特定实现选择FPGA
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