在嵌入式开发中，我们经常会接触到一些专业术语，例如CPU、MCU、MPU、SOC和MCM等，这些缩写代表了不同类型的电子处理单元，它们在消费电子、计算机硬件、自动化和工业系统中扮演着重要角色。下面将介绍每个术语的基本含义和它们在实际使用中的区别：

CPU

CPU (Central Processing Unit) - 中央处理单元：由运算器、控制器和寄存器及相应的总线构成。它可以是一个独立的处理器芯片或一个内含多核处理器的大型集成电路。

众所周知的三级流水线：取址、译码、执行的对象就是CPU，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，然后执行指令。所谓的计算机的可编程性其实就是指对CPU的编程。

MCU

MCU (Microcontroller Unit) - 微控制器单元: MCU是一个紧凑型处理器，随着大规模集成电路的出现及发展，把计算机的CPU、RAM、ROM、定时器和输入输出I/O引脚集成在一个芯片上。

比如51、STC、Cortex-M这些芯片，它们的内部除了CPU外还包含了RAM和ROM，可直接添加简单的器件（电阻，电容）等构成最小系统就可以运行代码了。

MCU常用于嵌入式系统，如家用电器、汽车电子设备和医疗设备中。与MPU相比，MCU更多的是自成一体的解决方案，可独立执行预定的任务。   

MPU

MPU (Microprocessor Unit) - 微处理器单元：是一种更具体的CPU类型，微处理器通常代表功能强大的CPU（可理解为增强型的CPU），这种芯片往往是计算机和高端系统的核心CPU。

例如嵌入式开发者最熟悉的ARM的Cortex-A芯片，他们都属于MPU。MPU主要在个人电脑、服务器和其他高性能计算设备中使用。微处理器单元的设计注重于高性能指令处理。

SOC/SOPC

SoC (System on Chip) - 片上系统：是一种集成电路，它将所有或大部分必要的电子电路和部件集成到单一芯片上。包括CPU核心、内存、输入/输出控制器、外围设备和其他功能模块。SoC的设计目标是为了让它能够作为系统的主要计算引擎。

MCU只是芯片级的芯片，而SOC是系统级的芯片，它集成了MCU和MPU的优点，即拥有内置RAM和ROM的同时又像MPU那样强大，它可以存放并运行系统级别的代码，也就是说可以运行操作系统。

SoPC (System on a Programmable Chip) - 可编程片上系统：是指硬件逻辑可编程的片上系统，如FPGA（现场可编程门阵列）被用于创建系统级的设计。与传统的SoC相比，SoPC提供了更多的灵活性，因为硬件逻辑可以在芯片制造后根据需求进行修改和配置。

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，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。    

MCM

MCM (Multi-Chip Module) - 多芯片模块：MCM是将多个独立的集成电路封装在一个单独的芯片上的技术。与将所有功能集成到单个集成电路的SoC不同，MCM通常用于封装性能更强、功能专注的独立集成电路。它们可以提供类似系统总线的内部连接，使得性能更优于单芯片解决方案。

在嵌入式开发中，接触频率较多的一般是MCU和SOC，而现在STM32也几乎成为了MCU的代名词，SOC目前则以Cortex-A系列为主，开发难度也有所差异，对于嵌入式从业者来说，弄清楚这些专业概念是必备的。

来源：ittbank

如今，微控制器的功能日渐强大，已经从早期的单片机转向基于SoC结构的MCU体系。在这个转变过程中，内核成为了决定一颗MCU的性能和应用场景的关键。比如我们常说MCU的位数就是根据内核来确定的，不同的内核代表了不同的MCU性能。例如，早期的8051就是8位单片机的典型内核，现在主流的Arm Cortex M系列则代表了32位MCU最常见的内核；Cortex M0+则是低功耗低成本MCU的标签；Cortex M7内核的MCU作为高性能微控制器的代表甚至可以进行部分视频处理应用，而PowerPC架构的内核则常见于汽车动力总成部分的MCU应用场景。

如何配置强大的CPU内核？

内核是一颗MCU中的主处理单元（也可以说是MCU的CPU），内核基本决定了一颗MCU半数以上的技术指标，因此对CPU内核进行配置就成为应用MCU的最关键步骤。今天我们就以东芝的TLCS-870/C1内核作为示例，带大家共同学习一下CPU整体配置的基本知识。

首先我们来认识一下微控制器的各个基本功能，如下图所示，CPU具有用于存放微控制器中各种数据和程序的存储电路以及用于执行计算的运算电路。其中各个部分功能如下。

PSW（程序状态字）：用于保存操作结果和指令执行结果状态的寄存器，由各种标志组成。

通用寄存器：用于储存数据的存储电路，根据存储电路的位置，通用寄存器分别称为W、A、B、C、D、E、H、L等。储存计算结果的地方称为累加器。在TLCS-870/C1中，W、A、B、C、D、E、H、L、IX和IY这十个寄存器具有累加器功能。

程序计数器（PC）：用于储存存储器地址以读取指令的存储电路。

ALU（算术逻辑单元）：用于执行计算的运算电路。

指令寄存器：用于暂时存储读取指令的存储电路。

指令解码器：对存储在指令寄存器中的指令进行解密，并将其发送到控制单元。

中断控制电路：用来控制中断功能。

在这些功能中，程序计数器（PC）是管理下一步要执行指令存储地址的寄存器。每次执行一条指令时，程序计数器指定的地址将进行＋n处理（1字指令为＋1，2字指令为＋2）。当在中断指令等情况下，PC将存储跳转目标地址。CPU从PC读取下一条要执行指令所在的地址，并依次执行。例如，如果PC中存储了0x8020（地址），则意味着CPU正在执行地址为0x8019的指令。如果从PC读取了地址0x8020，则CPU下一步要执行指令的地址0x8021将储存在PC中。这个过程可以参考图2所示的流程示意。

而通用寄存器可用于各种用途，例如累加器和数据处理。TLCS-870/C1有八个8位寄存器：W、A、B、C、D、E、H和L。这八个寄存器也可以作为16位寄存器成对使用：WA、BC、DE和HL。这些组合只适用于相邻的寄存器，例如，B和E、H和E等不能组合。此外，TLCS-870/C1还有两个16位通用寄存器IX和IY。这些寄存器主要作为访问存储器时的索引寄存器。

在CPU执行指令后，会有一个标志指示存储器的内容以及计算结果的状态。PSW（程序状态字）的作用就是收集这些标志。下图是A寄存器（00111110）和B寄存器（11100000）相加的例子。计算结果（100011110）本应储存在A寄存器中。但是，由于A寄存器只能储存8位，所以将进位标设置为“1”，并将进位标志保留为发生进位的信息。因此，在A寄存器中，存储不包括最高有效位1的（00011110）作为计算结果。例如，如果计算结果是（100000000），则在进位标志中设置1，（00000000）储存在A寄存器中，所以在零标志中设置1。

今天我们跟大家一起了解了微控制器的CPU部分功能单元和基本指令执行的知识，下一节我们将带大家一起认识另一个CPU配置的关键环节“中断处理”。请大家持续关注哦～

全新SoC为入门到中端的广泛应用带来2GHz的速度、更高的应用集成度和更强的功能安全性，同时具备卓越的可扩展性和R-Car Gen3的软件复用度

全球半导体解决方案供应商瑞萨电子集团（TSE：6723）今日宣布，广受欢迎的R-Car片上系统（SoC）增添全新产品系列——R-Car Gen3e。新型SoC产品家族拥有六款新产品，为集成驾驶舱域控制器、车载信息娱乐系统（IVI）、数字仪表盘、驾驶员监控系统和LED矩阵灯等需要高质量图形渲染的入门到中端车载应用打造可扩展阵容。

新产品扩展了广受好评的R-Car Gen3系列SoC产品线，CPU性能提升至50k DMIPS和2GHz的速度，助力汽车制造商满足不断提升的用户体验、网络安全与功能安全等需求。

瑞萨电子还同步推出了基于R-Car Gen3e产品的“成功产品组合”解决方案，以缩短开发时间并降低材料清单（BOM）成本。客户可以将R-Car Gen3e产品与瑞萨的高精度时钟IC、电源管理产品相结合。

瑞萨电子汽车数字产品营销事业部副总裁吉田直树表示：“随着增强现实导航系统和基于AI的数字汽车助手等应用日益普及，整车厂和一级供应商需要在对更大、更高分辨率显示器和高性能芯片飞速增长的需求，与不断飙升的BOM成本及更长的开发时间之间取得平衡。全新R-Car Gen3e和参考解决方案构建了无缝且经济高效的迁移路径，与现有的R-Car Gen3 SoC完全兼容并易于集成，使客户能够更便捷地将其汽车级应用推向市场。”

R-Car Gen3e SoC：R-Car D3e、R-Car E3e、R-Car M3Ne、R-Car M3e、R-Car H3Ne和R-Car H3e的关键特性

• 更高的CPU性能——R-Car M3Ne、R-Car M3e和R-Car H3e产品的频率最高可达2GHz
• 片上实时Arm® Cortex® R7 CPU，无需外部车辆控制器与瑞萨PMIC相搭配，从而降低总体BOM成本
• 借助快速启动、HMI和功能安全的参考解决方案缩短开发时间
• 配置最新版本Linux和安卓操作系统的板级支持套件

R-Car Gen3e参考解决方案

作者：电子创新网张国斌

5月26日的发布堪称是 Arm新品发布上里程碑式的发布，因为它开启了一个新的时代！

“过去的 12 个月着实令人难以置信，整个世界正转向基于Arm 架构的计算，并正在利用 Arm 移动生态系统的规模优势 我们看到了场景定义的计算和专用的处理能力为用户带来了一种可能，他们可以完全根据自己的意愿、时间和地点使用设备，且其性能、电池寿命和安全性丝毫不受影响，这将使设计人员能够自由地进行设备形态的创新、并开创新市场，我们称之为 “数字赋能”，并相信这将激发出世界的潜能。”在5月26日的Arm Total Compute 媒体沟通会上，Arm 终端设备事业部的总经理 Paul Williamson指出，“消费性电子设备计算的下一步就是全面计算，它基于三个关键原则：设备的性能、性能的可及性、设备的安全性。今天我要介绍Arm第一款面向终端市场的全面计算解决方案---全面计算解决方案到底包括什么呢？全面计算解决方案是一套包含 IP 、软件与工具的完整套件，能针对不同的市场应用，打造出最佳 的 SoC 这次推出的技术产品都是基于 Armv9 架构开发的， 它为未来十年的场景定义的计算设备奠定了基础，这些解决方案本身也都包括一些新功能。”

他进一步指出当我们谈论 "全面计算 "方法时，它是指我们共同优化智能手机中计算系统的不同元素，使它们尽可能有效地在给定的功率范围内提供最佳性能。最重要的是通过提供一个单一的工具链、简单的API以及能够看到如何使用这些工具的能力，使开发者能够从这个整体的角度来处理新的用例。

“衡量计算的方式以及将计算应用于解决问题和创造体验的方式，正在发生变化。过去，我们可能会以CPU基准和原始性能来衡量一个设备的水平，而现在，智能手机等设备已经非常依赖图形处理器（GPU）或神经处理单元（NPU）驱动的人工智能的增强，”他指出，“当你看到今天的智能手机时，其外观和感觉与2007年的第一批设备基本相同。改变的是可以实现的体验，从类似游戏机的游戏到预订乘车服务。这其中许多体验源于开发者的创新，这就是为什么为他们配备所需的性能、工具和洞察力是如此重要。”

他强调，全面计算能够更好地帮助Arm的合作伙伴去应对目前正在显著增加的用于所有终端市场上的SoC的复杂性。对于合作伙伴而言，他们希望能够将新品更快速地推向市场。而全面计算解决方案包含了SoC设计流程中所需要的一切组件——硬件 IP、软件、物理IP、工具和标准，将使Arm的合作伙伴在开发基于全面计算解决方案的新SoC时受益，让他们能够满怀信心地通过最新的技术，将高性能的产品快速推向市场。

Arm 全新的全面计算解决方案--基于V9架构的CPU

据介绍，Arm 全新的全面计算解决方案采用系统范围的整体优化方法，横跨硬件 IP、物理 IP、软件、工具和标准，为 Arm 的合作伙伴提供更为广泛的选择，满足所有终端细分市场的应用场景和成本区间。

全面计算解决方案也将解锁整个生态系统的新体验，例如，专为移动设备设计、支持 AI 功能的交互式应用场景，可以使用户身临其境观看电视中丰富的 8K 内容。所有的这一切再加上安全技术作为基础，将为未来十年构建可信的数字化服务。

这些解决方案的核心是 Arm 的全新 IP 套件，包括首批 Armv9 Cortex™ CPU、具有出色图形功能的Mali™ GPU 和全新的 CoreLink™ 系统 IP。

最新发布的Arm Cortex-X2 是 Arm 目前性能最强大的 CPU，相较于当前旗舰型安卓智能手机，它的性能高出 30%。除了峰值性能外，Cortex-X2 还可在旗舰智能手机和笔记本电脑之间扩展，使 Arm 的合作伙伴可以根据市场需求来设计基于不同场景的计算能力。

最新发布的Arm Cortex-A710 是首款基于 Armv9 架构的大核 CPU，与 Cortex-A78 相比，能效提升 30% ，性能提升 10%。通过这些性能和效率的提升，当智能手机运行高要求的app时，用户将获得比以往更长的使用时间以及更优化的用户体验。

最新发布的Arm Cortex-A510 是 Arm 过去四年来推出的首款高效率小核，其性能提升 35%，机器学习性能提升超过三倍。它所带来的性能水平已经接近几年前推出的上一代大核，适用于智能手机、家用设备和可穿戴设备。

“Cortex-X2是完完全全面向智能手机市场的产品，我们预计在未来几代的手机产品中就能看到Cortex-X2的身影。对智能手机和其他终端计算设备而言，64位将提供终极的性能表现。所以，Arm目前正与中国应用商店生态合作伙伴进行密切协作，确保主要app都能在今年年底前支持 64 位，从而为中国消费者提供Cortex-X2所带来的最佳性能提升体验。”他强调，“目前我们正持续与中国的手机应用商店合作伙伴密切携手，来分阶段实现向64位过渡，目前，Cortex-X2、Cortex-A510已经是64位CPU，目前A710仍然支持32位，未来，我们预计到2023年，Arm在移动应用的大核跟小核都将仅支持64位。”

而Armv9-A CPU 群集（cluster）的支柱是新款的动态共享单元（ DynamIQ Shared Unit）DSU-110，该组件可为不同的细分市场提供各种解决方案。DSU-110 具备可扩展性、可支持多达八个 Cortex-X2 内核配置的出色性能、安全性和机器学习功能，同时还能确保效率表现。

Arm 全新的全面计算解决方案--基于V9架构的GPU

“2020 年有超过十亿个 Mali GPU 出货到市场上，这是连续第五年 Mali 的年出货量超过十亿，Mali GPU 成为世界最受欢迎的 GPU，它正驱动着关键市场的技术发展与创新 它提供了最佳的手游、新的 AI 技术和应用程序的体验，同时强化了家庭娱乐与增强现实技术应用， Mali GPU 驱动着 80% 的电视、超过半数的智能手机。”他指出。

据介绍，新款 Arm Mali-G710 是针对旗舰智能手机和不断增长的 Chromebook 笔记本市场所推出的高性能 GPU，在计算密集型体验方面（如 AAA 高保真游戏）的性能提升 20%。对于各种与机器学习有关的任务（如全新相机和视频模式的图像增强），Mali-G710 也带来了 35% 的机器学习性能提升。

与去年类似，Arm 推出 Arm Mali-G610 ，作为次旗舰 GPU。该 GPU 继承了 Mali-G710 的所有功能，但价格更低，促使合作伙伴能够快速应对这个不断增长的市场，并将高阶应用场景带给更多的开发者和消费者。

Arm Mali-G510 实现了性能和效率的完美平衡，在中端智能手机、旗舰智能电视和机顶盒上，实现了 100%的性能提升以及22%的节能优化 ，从而延长了电池续航时间，提升了 100% 的机器学习性能。

Arm Mali-G310 是 Arm 最高效的 GPU，以最小的面积成本提供了最高的性能。通过 Mali-G310， Valhall 架构和高质量图形技术将被引入到更低成本的设备中，例如入门级智能手机、AR 设备和可穿戴设备。

全面计算解决方案如何提升性能？

“当你把这些结合在一起，你便得到我们首款全面计算解决方案。如你所见，我们已经适配好 IP、 优化其表现，使之得以在任何设备上提供最佳的用户体验，从终极性能的笔记本，直至最低功耗 的可穿戴设备 你即将在任一设备中获取更优异的用户体验，而且还有最新 Armv9 架构的安全功能作为支撑Arm 的互连技术对于提高系统性能至关重要。”他指出。

而最新的 CoreLink CI-700 一致性互连技术和 CoreLink NI-700片上网络互连技术与 Arm CPU、GPU 和 NPU IP 无缝搭配，可跨 SoC 解决方案增强系统性能。CoreLink CI-700 和 CoreLink NI-700 对新的 Armv9-A 功能提供硬件级支持，如内存标签扩展（Memory Tagging Extension），并支持更高的安全性、改进的带宽和延迟。

Williamson指出此次新发布的IP是基于最新的Armv9架构，为了更好地表明Armv9架构为市场带来的改变，所以在命名上采用了三位数规则。

他一再强调Armv9带来的主要功能是为了更好地落实我们全面计算设计战略的三大关键原则。第一个原则是安全性，在安全方面Arm引入了一些新的安全技术，比如说MTE——内存标签扩展，还有指针验证（pointer authentication, PA）。同时，在机器学习方面我们支持BFloat16格式，从而更好地去支撑Int8计算和BFloat16 的机器学习。此外，对于SVE2的引入，也就是可伸缩矢量扩展能力方面的提升，能够更好地帮助开发者对高阶的应用场景进行开发，比如图像信号处理。

“全面计算解决方案很好地整合了我们所有处理器所具备的强大 AI 功能，在这里你可以看到一些亮点，在不同的 Arm IP 上运行多样的 AI 工作负载所带来的巨大性能提升，这些性能提升各异，从 Mali-G710 平均 35% 的提升，到 Cortex-M55 的高达 700% 的提升 ，Arm 解决方案提供了最广泛的 AI 引擎，使得开发者能在他们任意选择的应用上部署 AI 功能 。”他指出。“对Arm来说，这是非常令人兴奋的一次发布。这次不仅是Arm历年来最大阵容的产品发布，而且这些产品都是基于Armv9架构，同时我们也为大家介绍了全面计算解决方案。Arm全面计算解决方案旨在针对不同的应用场景提供最优的解决方案，实现最快的速度，打造更卓越的用户体验。”（完）