华体会-STM32 MPU是什么产品？了解嵌入式系统中微处理器的新变化

[导读]微节制器 (MCU)和微处置器(MPU)有哪些分歧的地方？简单来讲，二者都是嵌入式系统的年夜脑。几年前，二者之间有很是较着的区分，功能判然不同，对开辟者的研发技术要求也年夜不不异。现在，这两个术语依然存在，但立异使得二者之间的分界限日益恍惚。之前只用 MCU 的系统集成商此刻发现，用MPU更轻易，ST也留意到了这一点。微处置器已成为某些开辟者手中的奥秘兵器，借助其原生的功能或运行嵌入式 Linux 的能力，他们可以或许开辟新的利用或进入新的市场。是以，让我们一路深切研究一下这个新趋向。 微节制器 (MCU)和微处置器(MPU)有哪些分歧的地方？简单来讲，二者都是嵌入式系统的年夜脑。几年前，二者之间有很是较着的区分，功能判然不同，对开辟者的研发技术要求也年夜不不异。现在，这两个术语依然存在，但立异使得二者之间的分界限日益恍惚。之前只用 MCU 的系统集成商此刻发现，用MPU更轻易，ST也留意到了这一点。微处置器已成为某些开辟者手中的奥秘兵器，借助其原生的功能或运行嵌入式 Linux 的能力，他们可以或许开辟新的利用或进入新的市场。是以，让我们一路深切研究一下这个新趋向。 故事的开首 MCU的呈现是替换 MPU 当业界在上个世纪七十年月推出首个微节制器时，人们但愿找到一种替换耗电量太年夜且设计复杂的 MPU 的产物。MCU固然计较吞吐量要小良多，但将存储器、处置器、外设和时钟整合在一路，可以运行及时操作系统。工程师只需用一个微节制器便可构建肯定性系统，这使得微节制器在汽车和机电节制利用中很是受接待。现在，从智妙手机到医疗装备或家电，MCU可谓无处不在。相反，MPU芯片空间都用在容纳计较单位，用牺牲功耗或集成度换来了更高的算力。当需要运行多个线程或更复杂的操作系统时，例如，嵌入式 Linux，算力更高的MPU更具吸引力。 弄清晰MCU和MPU之间的区分 按照利用需求选择 MCU 和 MPU 固然有论述详实的MPU和MCU 选择攻略，但工程师终究仍是手足无措，没法肯定选谁。可是，开辟者常问一些问题，例如，算力要求。假如一个利用需要机能壮大的神经处置单位或多个计较焦点和高机能GPU，又或履行上下文计较，可能对存储空间有要求，那末， MPU 是一个不言而喻的选择。相反，假如利用是一个小软件，偶然叫醒，查抄一次传感器值，或需要几纳秒简直定性响应时候，那末，微节制器是一个准确的选择。是以，在很多环境下，“目标决议手段是不是合法”。简而言之，工程师应按照要运行的具体利用来选择一个适合的硬件平台。 影响选型的另外一个身分多是系统的图形需求。曩昔，具有复杂 3D 动画的人机界面 (HMI)、高分辩率显示屏、与用户界面同时运行的复杂利用，将偏向在选用微处置器的GPU 和存储节制器，而动画和图形更简单的 HMI 愈来愈依靠在MCU。TouchGFX 等框架和 NeoChrom GPU 等硬件 IP 不竭优化那些可以在微节制器上运行的利用。一样，嵌入式系统MPU撑持更高的分辩率，由于GPU的处置机能更壮大。是以，固然每种产物的功能愈来愈多，但界定二者的区分依然很是简单。 按照本钱和功耗选择MCU仍是MPU 除计较吞吐量，开辟人员还会斟酌其他主要指标，例如，功耗、易掉性存储器、非易掉性存储器需求、所需外设和引脚数目。当工程师想法应对本钱限制时，这些选择尺度变得相当主要，由于它们会影响整体 PCB 设计和物料本钱 (BOM)。例如，很多闪存和附加组件将需要多个 PCB 板层，这会增添交货时候和本钱。是以，持久以来，这个选择尺度相对简单了然。存眷本钱或低功耗的系统集成商会选择微节制器。 MCU 和 MPU 之间的边界日益恍惚 自 21 世纪初以来，MPU 履历了重年夜变化。系统级模块 (SoM) 和系统级封装 (SiP) 的普遍利用是MPU行业最具倾覆性的手艺立异之一。曩昔，集成商必需环绕微处置器设计全部系统，这意味着要处置更复杂的电源治理系统和繁琐的外部存储器等问题。事实上，利用年夜容量DDR外存需要频频微和谐丰硕的专业常识，这多是阻碍MPU利用的一年夜障碍，但是，SoM 和 SiP 的呈现让所有这些复杂问题都水到渠成，这两种组装手艺平安地将所有需要组件都整合到一个封装或模块内。 另外，ST的一些最新的微处置器已更接近微节制器的功耗程度。此刻，微处置器可以运行及时操作系统，使得 MPU 和 MCU 之间的边界进一步恍惚。之前，履行及时利用，例如，机电节制利用，必需利用微节制器。现在，工程师已最先采取 MPU，在不影响履行时候的环境下，取得更壮大的计较能力和更年夜的存储容量，是一箭双雕的功德。简而言之，一些集成商正在充实操纵 MPU的手艺立异，当竞争敌手还在用 MCU时，他们已把握了MPU这个新的奥秘兵器。 故事的成长 STM32H7仍是STM32MP1? 曩昔几年，高机能 MCU 和入门级 MPU 之间的边界很是恍惚，使得 STM32MP13 等产物成为嵌入式系统开辟人员的新宠。像STM32H7 一样，STM32MP13 自己也撑持 Eclipse ThreadX。是以，给了从未接触过微处置器的开辟人员一个熟习的开辟情况，可以去挪用 FileX、NetDuoX 或 USBX 的利用法式。是以，无需从头培训团队或年夜幅增添物料本钱，便可以享有更高的机能。 另外，STM32 工程师还具有额外的优势，由于 STM32Cube东西生态系统同时撑持MCU和 MPU，从而进一步下降了进入门坎。例如，在 STM32CubeMX 上初始化引脚设置装备摆设和时钟树。但愿在 STM32 MPU 上实现平安密钥设置装备摆设的开辟人员可以选用 STM32CubeProgrammer，这款东西使平安固件安装 (SFI) 也更轻易。是以，ST的生态系统用户有更多的动力去摸索 MPU，将其用作撑持新利用的奥秘兵器，由于他们已熟习ST的很多开辟东西和产物概念。 从STM32MP13到STM32MP15 对很多嵌入式系统开辟人员来讲，问题不再是是不是要涉足 MPU 范畴，而是深切到何种水平，和从哪里最先。ST 合作火伴打算的很多成员都推出了采取 STM32MP13 的 SiP 和 SoM，是以，对任何但愿将MPU作为奥秘兵器的团队来讲，STM32MP13都是一个绝佳出发点。这款微处置器搭载一颗1 GHz 的 Cortex-A7内核，对那些追求设计简单但机能壮大的开辟者有很年夜的吸引力。不是多核，意味着功耗更低（27µW），并且可以或许将STM32MP13集成到简单的四层 PCB上。 那些寻求更强机能的人会选择STM32MP15。该产物搭载两颗Cortex-A7内核和一颗Cortex-M4内核，使得在恍惚MCU和 MPU之间的边界的同时鞭策开辟人员深切MPU阵营。例如，可以封闭 Cortex-A7内核，只开启Cortex-M4内核，将其用作传统 MCU，记实传感器数据，同时耗损更少的电能。另外，这款产物的 3D GPU 合适 OpenGL 尺度，答应开辟人员运行更高级的用户界面。该产物还配备了更多的显示接口和外设。是以，STM32MP15 可以帮忙集成商扩大系统。 让我们以一家开辟工业用装备（例如，可编程逻辑节制器）的公司为例。开辟者可使用 STM32MP13 设计一个功能壮大的无显示屏产物。尔后，开辟者可以把原始设计迁徙到STM32MP15上，增装一块分辩率1080 x 720的显示屏，给PLC节制器增添一小我机界面 (HMI)。由于这家公司最初利用的是STM32 MPU，所以，他们可使用不异的嵌入式 Linux 刊行版，并轻松地将利用从一个 MPU 移植到另外一个 MPU。该操作系统还运行进步前辈的 UI 框架，例如，以可移植性而著名的 Qt或Crank。 另外一个例子是智能恒温器，此中用户界面是产物体验的主要构成部门。厂商一向在追求产物差别化，利用分歧级此外 UI 和屏幕尺寸来吸引更普遍的客户群。从 STM32MP15 迁徙到 STM32MP13，开辟者可以运行不异的底层利用，还可以选用良多分歧的附加功能，建立涵盖更普遍的需乞降价位的产物组合。 从STM32MP15到STM32MP25 开辟人员愈来愈存眷若何设计利用寿命更长的产物，并在边沿装备上引入机械进修。MPU 的最新进展可以供给更年夜的存储矫捷性，帮忙开辟者知足这些需求，这也注释了为何很多人常常采取 STM32 MPU，以连结竞争优势。例如，新款 STM32MP25 是ST第一款除DDR3外还撑持 DDR4 和 LPDDR4 的 MPU。64 位架构还意味着它可觉得音视频处置和收集装备等利用供给更多的存储空间，或同时运行多个软件，以节流资本，提高效力。 年夜大都工业利用利用不异的存储器接口长达十年或更久，是以，微处置器必需供给矫捷性更高的存储节制器（与消费市场比拟），这就是为何 ST MPU 始终撑持多个存储器接口，而且ST确保最普遍的兼容性，STM32MP25就是一个如许的产物，它使系统撑持变得加倍高效，同时也便在进行设计更新和进级。 一样，很多人都但愿从边沿机械进修中获益。STM32MP25 是第一款撑持 64 位架构的 STM32产物，搭载了两颗 Cortex-A35内核，这是今朝Arm最高效的内核。是以，这款产物可以运行更壮大的利用，同时连结较低的功耗。神经处置单位 (NPU)的处置速度到达1.35 TOPS，Vulkan 兼容GPU可以或许在全高清显示屏上轻松运行新奇的用户界面。是以，ST的新 MPU 为一些要求最刻薄的利用带来了机遇，例如，可以或许进行人数统计或物体检测的智能相机，和空间计较等新系统。 将来将会如何？ ST决议发布更多的 STM32MP2 MPU，帮忙开辟人员按照现实需求定制利用。确切，统一系列微节制器凡是包括良多分歧的产物型号，而微处置器却没有那末多产物型号，由于微处置器制造难度更年夜。但是，跟着制造能力不竭优化，ST打算尽快发布更多产物，并使此中多个产物的引脚兼容。ST已预发布了STM32MP21 和 STM32MP23。STM32MP21搭载Cortex-A35和Cortex-M33两个内核、两个以太网节制器和一个摄像头接口，可以知足有本钱要求边沿计较机视觉利用。STM32MP23定位在STM32MP25 和 STM32MP21之间，它的双 Cortex-A35内核可以实现丰硕的 UI，同时统筹本钱。 STM32 MPU产物系列

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