一文搞懂CPU、MPU、MCU、SOC的概念与区别

1. 概念CPU(Central Processing Unit)CPU(Central Processing Unit)，是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。众所周知的三级流水线：取址、译码、执行的对象就是CPU，差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段：提取(Fetch)、解码(Decode)、执行(Execute)和写回(Writeback)。 CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。MPU (Micro Processor Unit)MPU (Micro Processor Unit)，叫微处理器(不是微控制器MCU，很多人会把微处理器和微控制器混淆)，通常代表一个功能强大的CPU(暂且理解为增强版的CPU吧),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。例如Intel 的X86，ARM的一些Cortex-A芯片如飞思卡尔i.MX6、全志A20、TI AM335X等都属于MPU。MCU(Micro Control Unit)MCU(Micro Control Unit)：叫微控制器，其实就是我们平常说的单片机。是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的芯片，比如51、STC、AVR、Cortex-M这些芯片，内部除了CPU外还有RAM、ROM，也就是在一块芯片中集成了整个计算机系统，可以直接加简单的外围器件(电阻，电容)就可以运行代码了。它本质上仍是一个完整的单片机，有处理器，有各种接口，所有的开发都是基于已经存在的系统架构，应用者要做的就是开发软件程序和加外部设备。而像ARM（Cortex-A系列）直接放代码是运行不了的，因为它本质上只是增强版的CPU，必须添加相应的RAM和ROM。SoC(System on Chip)SoC，System on Chip，是指片上系统。一个能够实现一定功能的电路系统由多个模块构成， 如处理器、接口、存储器、模数转换器等等。这些功能模块可以由分立的器件来实现，然后在印刷电路板（PCB）上组合起来， 最终形成片上系统。MCU只是芯片级的芯片，而SoC是系统级的芯片，它既MCU那样有内置RAM、ROM同时又像MPU那样强大，不单单是放简单的代码，可以放系统级的代码，也就是说可以运行操作系统（以Linux OS为主）(将就认为是MCU集成化与MPU强处理力各优点二合一)。Soc集成了很多个MCU的功能，以前的由多个MCU协同干的事情被集成了，MCU没有了，取而代之的是对外的IO引脚，连接IO引脚就可以实现交互，完成以前MCU的功能。因此，使用Soc集成化程度更高、体积更小、压缩成本。SoPC(System On a Programmable Chip)SOPC，英文是System 0n Programmable Chip，它是一种SOC（System 0n Chip）的解决方案。是由Altera公司提出的，使用可编程逻辑器件（FPGA)构造片上系统。SOPC是SOC的一种解决方案，也属于SOC的一种，这种解决方案的优点是：灵活性高，可扩展性强，开发周期短，不需要掩膜和流片。缺点是：单片成本高。SoPC与MCU、MPU、SoC最明显的区别在于：可更改硬件配置，也就是说自己构造芯片。2. 区别2.1 MCU和MPU的区别MCU和MPU都是CPU发展出来的分枝之一。MCU集成了片上外围器件，可以直接加简单的外围器件(电阻，电容)就可以运行代码了。它本质上仍是一个完整的单片机，有处理器，有各种接口，所有的开发都是基于已经存在的系统架构，应用者要做的就是开发软件程序和加外部设备。MPU不带外围器件（例如存储器阵列），是高度集成的通用结构的处理器，是去除了集成外设的MCU。MCU如ARM的Cortex-A系列，直接放代码是运行不了的，因为它本质上只是增强版的CPU，必须添加相应的RAM和ROM。2.2 CPU与SoC的区别SoC可以认为是将MCU集成化与MPU强处理力各优点二合一，其中MCU是CPU集成了各类外设，MPU是增强版的CPU。可以从下图中直观地看出CPU与SoC的区别。目前芯片的发展方向是从CPU到SoC，现在已经没有纯粹的CPU了，都是SoC。ARM出卖的内核其实就是CPU(当然还需要总线)，各种外设是半导体厂商自己添加的。2.3 SoPC与MCU、MPU、SoC的区别SoPC与MCU、MPU、SoC最明显的区别在于：可更改硬件配置，也就是说自己构造芯片。举个例子说明便于理解，单片机的硬件配置是固化好了的， 我们能够编程修改的就是软件配置，本来是串口通信功能，通过修改代码变成AD采样功能，也就是说硬件配置是固定了的，我们只能通过修改软件来选择其中的一项或多项功能；而SoPC可以修改硬件配置信息使其成为相应的芯片，可以是MCU，也可以是SoC。