MCU简介

微控制器英文是 Microcontroller Unit，简写为MCU。微控制器是将计算机运行所需要的一些资源（如ROM、RAM、I/O、定时器、USB、ADC、DAC等）集成到了一个芯片上，称之为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），俗称为单片机。因程序存放在微控制器的存储器中，又与硬件紧密配合使用，故又称之为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller Unit，EMCU)。单片机的程序与硬件紧密相连，区别于PC的软件，又将称单片机的程序为固件或韧体。

处理器又称为中央处理器（CPU，Central Processing Unit），是计算机的核心计算单元。MCU不同于处理器，一个MCU就是一个完整的计算单元，而处理器需要与存储、显示、键盘、内存等单元结合在一起才构成一个完整的计算机系统。

MCU基本组成

一般地，MCU基本组成由以下部件组成：

• CPU - MCU的核心部件，包括运算器和控制器两个主要部分

• 存储器 - 用于存储程序和数据

• 中断控制器 - 暂停执行当前的任务而出来其他的事件，处理完成后，返回中断处继续执行

• 输入/输出端口 - 连接或驱动不同的设备，如LED等

• 串行通信端口 - MCU和不同外设之间进行数据交换，如UART、SPI等

• 定时器/计数器 - 脉冲计数和定时

常见MCU外设有以下：

• GPIO - General Purpose Input Output，通用输入输出，

• ADC - Analog to Digital Converter,模数转换器

• DAC - Digital to analog converter,数字模拟转换器

• USB - Universal Serial Bus,通用串行总线

• CAN - Controller Area Network,控制器局域网络

• ETHERNET - 以太网

• SPI - Serial Peripheral Interface,串行外设接口

• UART - Universal Asynchronous Receiver Transmitter,通用异步收发传输器

• USART - Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter，通用同步异步串行接收发送器

• I2C - Inter-Integrated Circuit，集成电路总线

• EEPROM - Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器

• Comparator - 比较器 * Operational Amplifier - 运算放大器

• I2S - Inter—IC Sound,集成电路内置音频。飞利浦公司为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准，该总线专门用于音频设备之间的数据传输，广泛应用于各种多媒体系统。

• Crypto-HASH - 加密哈希

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MCU分类

MCU可以根据其位数、存储器、架构和指令集进行分类。

根据数据位数分类

• 4位 - 内部数据或总线是4位宽度，ALU执行半字节长度的逻辑和算术运算

• 8位 - 内部数据或总线是8位宽度，ALU按顺序执行一个字节长度的逻辑和算术运算

• 16位 - 内部数据或总线是16位宽度，ALU可以进行16位操作数的算术和逻辑运算

• 32位 - 内部数据或总线是32位宽度，ALU可以执行32位操作数的逻辑和算术运算

根据指令集分类

• CISC - Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机

• RISC - Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机

根据存储器结构分类

• 哈佛结构 - 指令和数据分开存储

• 冯▪诺依曼结构 - 又称作普林斯顿体系结构（Princetion architecture），指令和数据存储在同个存储空间

根据存储器设备分类

• 内部存储MCU - 程序存储在MCU内部

• 外部存储MCU - 程序存储在MCU外部

按照功耗分类

• 通用MCU - 所有MCU相关资源（ROM、RAM、I/O、 EPROM），用户都可以用

• 超低功耗MCU - 低漏电工艺，专门为电池供电等能源节约设计，

按照用途分类

• 通用型

• 专用型 - 硬件和指依据特定用途设计。

MCU常见内核架构

目前，市场主流的MCU内核有：

• 8051 - Intel的MCS-51、哈佛架构、CISC指令集，由Intel开发。

• ARM Cortex-M - 精简指令集计算（RISC）架构，由英国公司ARM Holdings开发。

• 6800 - CISC指令集，由Motorola开发

• MIPS - RISC指令集，由MIPS Technologies, Inc.开发。MIPS Technologies, Inc.被Imagination Technologies收购。

• AVR - 哈佛架构、RISC指令集。由Atmel公司开发，Atmel为Microchip收购

• PIC - 哈佛RISC指令集，由Microchip Technology公司开发

• Z80 - CISC指令集，由Zilog公司开发。Intel 8080的扩展

• RISC-V - 开放的RISC精简指令集，2010年项目开始于加利福尼亚大学伯克利分校

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MCU的存储器

存储程序的存储器有以下几种：

• ROM - Read-Only Memory，是一种非易失性存储器(Non-volatile memory, NVM),用于存储MCU固件

• EPROM - Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦可编程序只读存储器

• EEPROM - Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器

• FLASH - Flash Memory，闪存是一种非易失性的存储器

在8位机市场中，有些仍在使用OTP工艺的程序存储器，由于其成本低而被广泛使用。未来的发展看，FLASH会是未来8位和32位的主流程序存储器。

MCU的封装

MCU的封装是用户开发使用MCU最直接的表现形式。新工艺新市场需求的发展也出现了新的封装形式,如WLCSP和SiP。WLCSP适合于对于MCU体积空间要求非常严苛的场合，如可穿戴产品。SiP可以将不同芯片的IP封装在一起，在市场需求多变的情况下，开发一款MCU产品投入显然很大，通过封装不同的IP，大大降低了产品投入的风险。

常见的MCU封装有：

• DIP - Dual In-line Packag, 双列直插式封装

• QFP - Quad Flat Package,方型扁平式封装

• QFN/DFN - Quad Flat No-Leads/Dual-Flat no-leads,方形/双边扁平无引脚封装

• BGA - Ball Grid Array,焊球阵列封装

• SOP - Small Out-Line Package,小外形封装

• WLCSP - Wafer Level Chip Scale Packaging,晶圆片级芯片规模封装

• SiP - System In a Package,系统级封装

MCU主要的市场应用

MCU已广泛应用于各行各业的产品中，下面列出了几个主要的应用领域：

• 消费电子

• 计算机和通信

• 工业

• 汽车电子

• 物联网

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敬请关注，后续部分的《MCU市场报告》