MPU和MCU的区别详解

‌微处理器MPU(Micro Processor Unit)和单片机MCU(Microcontroller Unit)在定义、功能和应用场景上存在显著区别。‌

定义和功能

‌微处理器MPU‌：MPU是微处理器单元的简称，通常指的是那些集成在单个芯片上的中央处理器(CPU)。它主要负责控制整个微型计算机的工作，产生控制信号对相应的部件进行控制，并执行相应的操作‌12。MPU通常用于嵌入式系统和小型设备中，如家用电器、玩具、计算器等。

‌单片机MCU‌：MCU是微控制单元的简称，是一种集成了中央处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM)以及各种外设接口(如输入输出引脚、定时器、串口等)的集成电路芯片。MCU的设计初衷是为了实现各种控制逻辑，擅长处理那些对计算性能要求不高但需要实时响应和控制多个外设的任务‌。

应用场景

‌MPU‌：由于MPU侧重于处理复杂任务，通常用于需要高性能计算的应用，如服务器、高性能计算设备等。它们需要运行复杂的操作系统，如Linux等，并且通常需要外接RAM和ROM等组件。

‌MCU‌：MCU则广泛应用于各种嵌入式系统中，如家电控制板、汽车电子、工业控制等领域。由于其低功耗和低成本的特点，MCU常用于需要实时控制和简单计算的场景‌。

性能和成本

‌MPU‌：高性能、高频率，通常运行复杂的操作系统，成本较高。

‌MCU‌：性能相对较低，频率一般在几MHz到几百MHz之间，成本较低，适合大规模生产和消费电子设备。

Mcu Microcontroller Unit(微控制器单元)，侧重控制，是一颗高度集成的芯片，所以俗称单片机，包含 CPU + 内存 + 存储 + 外设(如GPIO、ADC、UART等)，五脏俱全，低功耗、低成本、实时控制，价格便宜，几元到几十元都有，通常频率也比较低(几MHz到几百MHz)，常应用在家电控制、穿戴设备、工业控制等简单嵌入式设备等领域中，可以运行一些实时的轻量级的操作系统，比如freertos来实现多任务。

Mpu Microprocessor Unit(微处理器单元)，侧重处理，仅包含 CPU 核心，需外接RAM和ROM等组件，组成完整系统，高性能、高频率通常500MHz起步，通常运行更复杂的如Linux 等操作系统，接近PC开发，需考虑驱动、内核移植等问题，常用于需要人机交互的智能设备(中控屏/收银机)、需要视频处理的设备(监控摄像头/行车记录仪)。

MCU与MPU简介MCU(Microcontroller Unit)与MPU(Microprocessor Unit)虽同为嵌入式处理器，但各有千秋，存在显著差异。

▍ 用途与职能比较

在用途上，MCU更专注于嵌入式系统，主要负责执行特定的控制任务，如传感器数据采集、自动控制以及嵌入式设备管理等。它们的设计初衷就是实现实时控制和低功耗操作。相较之下，MPU则更类似于我们熟知的通用计算机处理器，常用于处理复杂的通用计算任务，如运行操作系统、支持各类应用程序等，广泛应用于智能手机、个人电脑以及服务器等设备中。

02处理器核心与内存差异▍ 处理器核心特点

MCU通常配备较为简单的处理器核心，例如基于RISC(精简指令集计算机)架构的核心。这些核心被优化为执行嵌入式控制任务，因此在性能上相对较低。而MPU则采用更为强大的通用处理器核心，具备高性能和复杂的指令集，以应对通用计算任务的需求。

▍ 内存与存储区别

MCU的内存和存储容量相对较小，仅能满足嵌入式控制任务的需求，无法运行大型应用程序或操作系统。相比之下，MPU则配备了更大的内存和存储空间，以支持其运行复杂的应用程序和操作系统。

03外设、功耗与成本▍ 外设与接口比较

MCU通常配备了针对嵌入式控制任务专门优化的外设和接口，例如模拟/数字转换器(ADC)、串口通信(UART)以及定时器等。而MPU则提供了更为全面的外设和接口选择，涵盖USB、以太网以及高级图形接口等，从而支持与多种外部设备的连接。

▍ 功耗对比

MCU由于其设计特点，通常展现出较低的功耗，非常适合用于电池供电的设备和需要长时间运行的嵌入式系统。相比之下，MPU由于其高性能计算和多任务处理的能力，其功耗往往相对较高。

MCU和MPU消失的界限

事实上，关于MCU和MPU的争论已经有很多年了。

传统来说，MPU更多采用Arm Cortex-A系列核心，具备丰富的外设接口，MCU则大多采用Arm Cortex-M系列核心，也比MPU更便宜，更容易安装和使用。

更简单粗暴地划分二者的方式是运行Linux就是MPU，基于实时操作系统(RTOS)就是MCU。MCU的目的是永远运行一个相当简单的控制循环，或者直到它中断或停止。

随着技术和应用的发展，MCU现在可以做很多事情，包括更复杂的外围设备，现在一些MCU带有用于更复杂外设的简单软件驱动程序，此时和MPU界限便开始模糊。

当下，MCU和MPU十分相似，现在主流划分方式主要包括两种：一种是通过细微的参数差别，即CPU功能、位数、操作系统、时序要求、核心数量等方面划分;另一种是按照应用划分，MPU注重通过较为强大的运算/处理能力，执行复杂多样的大型程序，外挂大容量的存储器，MCU则通常运行较为单一的任务，执行对于硬件设备的管理/控制功能，通常以单片集成的方式在单个芯片内部集成小容量的存储器实现系统的“单片化”。

不过，依然有技术人员提出，MCU和MPU已经是过时的术语了，不仅性能上急剧提高，随着3D封装、Chiplet技术的进步，很多过去MPU才有的功能已经放到MCU。

业界则喜欢用“跨界”这样的词语来解释这种趋势和潮流，并不断推出跨界产品。

越来越像MPU的那些MCU

所谓跨界，就是把MPU才拥有的一些特性或硬件，放到MCU上，如MPU在摄像头输入、显示输出、USB等方面丰富的外设资源塞入MCU之中。

这样，又可以拥有MCU的低功耗、低成本、简单，又能够实现以往MPU才能做的应用。从各个芯片公司的动作来看，跨界MCU是布局的重点。

ST：开始越级计划

从2007年到2018年，ST(意法半导体)花了12年时间，将 “STM32 = 32位MCU = ARM Cortex MCU” 深植于大众之心。2019年，STM32从MCU跨界到MPU，推出第一颗MPU。

蝴蝶扇动翅膀，便可让彼岸刮起暴风雨。STM32这只“蝴蝶”不仅掀起了MCU的风暴，还走进了工程师和千家万户。现在，它也开始把MCU和MPU融合在一起。

2024年3月14日，ST发布一款新的集MPU和MCU两者之长的高性能产品——STM32H7Rx和STM32H7Sx，并计划在2024年4月开始量产。

STM32H7系列本身采用600MHz运行频率的Cortex-M7内核，性能非常强劲。ST将现有产品再细分为两个产品线：STM32H7R3/S3通用MCU和图形处理能力增强的STM32H7R7/S7。

之所以说是跨界，是因为两款MCU集成专用图形处理器和快速存储接口，这种硬件配置多数都放在MPU上。

STM32H7Rx和STM32H7Sx在安全功能上也非常强大，涵盖防止物理攻击、存储器保护、在运行时保护应用程序的代码隔离保护功能。此外，STM32H7S产品还增加了更多的强化的安全功能，集成了不可变的信任根、调试验证，以及硬件加密加速器。

新产品能够实现往往需要用MPU才能跑起来应用，设备厂商可以更快、更经济地开发智能家电、智能楼宇控制器、工业自动化和个人医疗设备，满足终端市场用户日益增长的需求。具体用例包括增加更丰富多彩的图形用户界面，同时执行多个不同的功能。

性能与应用

性能差异

MPU的性能通常更高，能够执行更复杂的运算和处理任务。它适用于需要大量数据计算和复杂算法处理的场合。

MCU则更注重低功耗、低成本和小型化，其性能虽然不如MPU强大，但对于大多数嵌入式应用来说已经足够。

应用场景

MPU广泛应用于个人计算机、服务器、工作站等大型计算机系统中，作为这些系统的中央处理器。

MCU则广泛应用于各种嵌入式系统中，如家用电器、汽车电子、医疗设备、工业自动化等领域。在这些应用中，MCU负责控制和管理外部设备，实现特定的功能。

开发难度与成本

开发难度

由于MPU需要外部存储器和其他接口电路的支持，因此其开发过程相对复杂。开发者需要熟悉多种硬件组件的连接和配置，以确保系统的正常运行。

MCU的开发则更加简单方便。由于所有必要的硬件资源都已经集成在芯片上，开发者只需关注软件编程即可。此外，许多MCU还提供了丰富的开发工具和支持库，进一步降低了开发难度。

成本

从单个芯片的成本来看，MCU通常比MPU更低廉。这是因为MCU采用了高度集成化的设计，减少了外部组件的数量和成本。

然而，在考虑整个系统的成本时，还需要考虑其他因素，如外部存储器、接口电路等的成本。在某些情况下，使用MPU可能会带来更高的整体成本。

总结

MPU和MCU各有优缺点，选择哪种器件取决于具体的应用需求。对于需要高性能计算的场合，MPU是更好的选择;而对于注重低功耗、低成本和小型化的嵌入式应用来说，MCU则是理想的选择。在实际开发中，开发者应根据项目的需求和预算来选择合适的器件类型。