通用 MCU和专用 MCU的区别分析

Part.1

1971年，英特尔推出了世界上第一款微处理器

主频 108 Khz 的 Intel 4004，这是一颗4位机

图片来源：wengeixn.com

这颗芯片被定义为 MPU（micro processor unit）微处理器，并没有叫做微控制器，也就是我们常说的 MCU（micro control unit），原因就是这颗芯片只是一颗纯处理单元，ROM、RAM甚至接口这些都是外接芯片，所以这颗芯片是intel 4000系列家族中的一员。

其他三个成员，也就是配套的

4001，2048 bit的ROM；

4002，20x4 的RAM；

4003，串入并出的扩展芯片

整个4000系列的芯片全部搭配起来，才算是一个完整的控制器。

但是这样靠多颗芯片组成的系统，体积、功耗，甚至价格也会直线上升，并且无法在一些廉价和体积受限的设备上使用。

Part.2

到了1974年，TI 公司推出了 TMS1000，这颗 4 bit 的 MCU内置了 1 KB的ROM，64 x 4的 RAM,主频为 300K左右，虽然没有我们熟悉的定时器，通信接口这些功能，但是也是第一颗集成存储的带运算能力的芯片。

TMS1000 是世界上公认的第一颗商用 MCU，从此 MCU 就成了有别于 MPU 的，一个新的芯片类型就诞生了。

Part.3

这次不聊 MCU 的技术问题，只想跟大家分享下关于 MCU 选择的问题。

MCU 跟 MPU 最大的差别就是在纯运算处理器的区别上，加入了各式各样的外设，组成了一个可以独立完成某些任务的片上系统，也就是 SOC。

现在的 MCU 跟 MPU 的区分已经没有这么明显，经过了快50年的发展，MCU 的处理性能和外设性能已经有了翻天覆地的变化，而 MPU 也加入了各种各式各样的外设。

目前通常是把是否集成存储器作为区分 MCU 还是 MPU，或者把能否运行大型操作系统作为标准。

例如Linux 能处理复杂应用的处理器所需的 RAM 和 ROM 都是很大的，所以 MCU 一般无法集成，主流的大容量MCU 内置程序存储空间也就大概是在 1-2 M 字节左右。

MCU 这类芯片，目前细化成了两个类型

【 通用 MCU 】和【 专用 MCU 】

Part.4

通用 MCU 其实就是一个大而全的 MCU，什么都能做，能够覆盖大部分的应用场景。

例如上百 MHZ 的主频、几百 K、上 M 的存储、十几个通信接口、几十个定时器、上百个 IO，这样的大资源的 MCU，就可以覆盖到足够多的 MCU 应用。

但是这样的通用 MCU 最大的问题就是————大部分应用场景都会出现用不上的资源，从而造成浪费，而用户也要为这部分用不上的资源买单。

所以现在的通用 MCU，只会设定某一些应用场景，要知道一颗 MCU 适用的应用场景，就必须对应用场景的控制器需求很熟悉，才可以知道这颗 MCU 是否适合。

例如出现 CAN 接口的 MCU，一般就只有工业和汽车上用到 CAN，出现 ∑-△ ADC 就知道这个是用于低速的高精度采集应用。

例如仪器仪、电子秤等等、高分辨率定时器，就会跟电机、电源这些产品有联系。

MCU 厂家会根据目标应用来区分卖点，这就形成了各式各样的系列。

例如常见的 STM32，会分 F0、F4、L0、L4 这些系列，对应的不同的处理能力和不同的外设以及功耗。

Part.5

所以做 MCU 选型的时候，而并不是看 MCU 适合哪些市场，而是根据你的需求来选择 MCU，并不是说这个型号的 MCU 只能做某个应用。

举个例子，你要一颗耐高温到 125度的 MCU 来做工业数据采集，如果你在工业级的器件去找，可能很难找到合适的，当然 125 度的工业级也不是没有，例如 TI 的新出的 MSPM0 系列  ( TI低调发布M0+ MCU MSPM0，不止内核升级 ) 就有耐高温 125 度的小资源 MCU。

但是选择还是相对会非常少，这个时候如果你去找汽车级的，你就会发现汽车级 MCU 在 125 度耐温这个级别上的选择就非常的多。

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Part.6

在 ST、NXP 这些 MCU 巨头已经占据了大部分通用 MCU 主要市场的情况下，新的 MCU 厂家如何加入战局？

除了提供更具有性价比的通用 MCU 之外，有一些厂家还会选择专用 MCU 来入局。

【专用 MCU 】顾名思义就是一个专门应用在某个产品上 MCU，其外设数量和存储大小都是针对这个产品做最优的配置，基本很少出现资源浪费。

虽然说专用 MCU 是对项目的 MCU 成本的最优解，新玩家用这个入局会有很大的成本优势，但是毕竟这个是专用 MCU，如果目标应用做了升级换代或者市场需求衰减，专用 MCU 就容易砸手里卖不出去，当然也会有一些老树发新芽的可能。

在 2016 年左右的时候一个户外LED点阵的市场要求 MCU 的需要同时有 USB host 和读 SD 卡功能。熟悉 MCU 的工程师会知道，一般便宜的 MCU 并不带 USB host。最后这个应用的最优解，是当时已经被逐渐淘汰的用在车载音乐播放器上的一颗专用 MCU，刚好车载 MP3 这个应用就有读 U 盘和 SD 卡的数据的需求，当时这颗芯片只要人民币 4 块钱左右，而其他的通用 MCU 至少要 7 块钱。

专用 MCU 见得最多的就是在一些低端玩具、音箱以及小家电上，这些产品的特点就是功能比较统一，应用上玩不出太多的花样。

专用的 MCU 则会在外设上做优化，例如 IO 口的驱动能力更强可以去点亮 LED，还有加入触摸按键功能可以去做触摸应用，还有串口增加红外编码的解码能力，或者像刚才说的低端 MCU 上使用 USB host 和 SDIO，这些都算是初级的专用 MCU，只是在通用的 MCU 上做了的优化配置，跟通用MCU差距还不是特别大，而高级的专用 MCU，会进一步加入一些不常见的外设以帮助客户节省外围的 BOM。

例如电机 SOC，就会集成高压 LDO 和 MOS 驱动器，比如国产的中微半导体的 CMS32M5526。

烟感的 SOC 则汇集烟雾探头专用的模拟前端和无线SOC，就会在 MCU 上集成射频前端。

这样的专用 MCU，尚且是可以做做其他的应用，因为这个时候的程序还是可以改的，比如在去年通用 MCU 价格飞上天的时候，就有不少人把 Wi-Fi 和蓝牙的专用 MCU 当普通 MCU 用，之前我们就拆解过正点原子的电烙铁用的是一颗蓝牙 SOC 做非蓝牙应用。

如果产品可以使用固定的时序和控制算法来完成，最终的专用 MCU 就会走到 ASIC，也就是【专用芯片】。

专用芯片里面的程序都是固化好的，一般是 OTP 或者 MTP 的存储介质，又或者压根就没有程序，而是专门的数字逻辑电路，这样的话就可以达到控制成本最优化。

例如带算法的无刷风扇驱动芯片，充电宝的协议芯片、无线充芯片、电子烟芯片等等，很多都是专用芯片，这些专用芯片能把周边能集成的电路都集成进去了，用户使用起来也相当的简单，调试也非常的方便。

然而这些使用专用芯片的应用也是经历了一开始的【通用 MCU 】——【专用 MCU 】，最后才走到的【专用芯片】。

WenGeXin

如果为了成本考虑，或许通用 MCU 的尽头就是专用芯片，不过集成度越高产品更改升级换代的代价就越大。

通常只会在成熟的产品上才会考虑专用芯片，一般专用芯片只会在某些单一任务的应用存在，毕竟灵活度不高。

说到底，通用 MCU 是最容易被用户接受的产品，同时厂家定义起来也相对的简单，竞争也最激烈。

专用 MCU 则不会有这么多厂家入局，毕竟风险大，容易砸手里，如果到专用芯片这一步，可选的厂家就更少了。

大家潜意识里似乎都有一个观点，那就是——

“集成度越高就越能证明这个厂家在这个领域做得深”

毕竟所有的坑都被踩过了，才会有最佳的产品。

编辑：黄飞