來源：九脈新視界
芯片是智能產業的“大腦中樞”，在疫情的沖擊下，全球面臨“缺芯”危機，企業更是寸步難行，但從另一方面來說也給國產MCU帶來了破局的機會。今天就帶大家了解一下芯片MCU：
MCU是Microcontroller Unit 的簡稱，中文叫微控制單元，俗稱單片機，是把CPU的頻率與規格做適當縮減，并將(memory)、計數器(Timer)、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制。諸如手機、PC外圍、遙控器，汽車電子、工業上的步進馬達、機器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。
單片機出現的歷史并不長，但發展十分迅猛。它的產生與發展和微處理器（CPU）的產生與發展大體同步，自1971年美國英特爾公司首先推出4位微處理器以來，它的發展到目前為止大致可分為5個階段。
-
-
-
-
-
1990年代單片機在集成度、功能、速度、可靠性、應用領域等全方位向更高水平發展。
以架構而言，MCU可分為兩大主流∶RISC與CISC。RISC（Reduced InstrucTIon Set Computer）代表MCU的所有指令都是利用一些簡單的指令組成的，簡單指令代表MCU的線路可以盡量做到最佳化，提高執行速率可使指令所需的時間減到最短。
不管是RISC或是CISC（Complex InstrucTIon Set Computer），設計MCU的目的都是為人類服務的，對于RISC來說，因為指令集的精簡，所以許多工作都必須組合簡單的指令，而針對較復雜組合的工作便需要由“編譯程序 （compiler）”來執行，而CISC MCU因為硬體所提供的指令集較多，所以許多工作都能夠以一個或是數個指令來代替，編譯程序的工作因而減少許多。
一般來說，MCU基本架構包括有程式記憶體（Program ROM）、累積器（Accumulator）、寄存器（Register）、堆疊（Stack）及堆疊指標（Stack Pointer）、I/O口、定時/定時/計數器、中斷（Interrupt）。
MCU還可以加掛一些周邊資源，以擴充和延伸MCU的功能，這也正是系統設計工程師實現“產品差異化”的關鍵。這些周邊資源包括：串行輸出（Serial I/O）；液晶驅動裝置（LCD Driver）；螢光管驅動裝置（VFT Driver）；模數介面（ADC）；數模轉換介面（DAC）；DTMF產生器、接收器；看門狗（Watchdog Timer）；雙頻率（Dual Clock）。
通用型：將可開發的資源（ROM、RAM、I/O、 EPROM）等全部提供給用戶。
專用型：其硬件及指令是按照某種特定用途而設計，例如錄音機機芯控制器、打印機控制器、電機控制器等。
根據總線或數據暫存器的寬度，單片機又分為1位、4位、8位、16位、32位甚至64位單片機。
8位MCU工作頻率在16~50MHz之間，強調簡單效能、低成本應用，在目前MCU市場總值仍有一定地位，而不少MCU業者也持續為8bit MCU開發頻率調節的節能設計，以因應綠色時代的產品開發需求。
16位MCU則以16位運算、16/24位尋址能力及頻率在24~100MHz為主流規格，部分16bit MCU額外提供32位加/減/乘/除的特殊指令。由于32bit MCU出現并持續降價及8bit MCU簡單耐用又便宜的低價優勢下，夾在中間的16bit MCU市場不斷被擠壓，成為出貨比例中最低的產品。
32位MCU可說是MCU市場主流，工作頻率大多在100~350MHz之間，執行效能更佳，應用類型也相當多元。但32位MCU會因為操作數與內存長度的增加，相同功能的程序代碼長度較8/16bit MCU增加30~40%，這導致內嵌OTP/FlashROM內存容量不能太小，而芯片對外腳位數量暴增，進一步局限32bit MCU的成本縮減能力。
可分為無片內ROM型和帶片內ROM型兩種。對于無片內ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應用（典型芯片為8031）。帶片內ROM型的芯片又分為片內EPROM型（典型芯片為87C51）、MASK片內掩模ROM型（典型芯片為8051）、片內FLASH型（典型芯片為89C51）等類型，一些公司還推出帶有片內一次性可編程ROM（One Time Programming， OTP）的芯片（典型芯片為97C51）。
MCU自身集成FLASH和RAM，上程序即可從片上FLASH運行，速度快，響應快、程序可加密。計數中斷、電平和時鐘觸發中斷、定時中斷、來自串口數據中斷、睡眠中斷喚醒模式中斷。
受限片內的FLASH和RAM容量的大小，它的處理能力有限，適合用在高度集成、尺寸、功耗等受限制的控制領域。只能采用單任務機制，程序只能按順序依次執行，缺乏靈活性，只能使用中斷函數實時地處理一些較短的任務，在較復雜的應用中使用極為不便。
總的來說，MCU主要是視頻會議的服務器，主要用于音視頻的數據交換，可以在實現多點間的視頻會議中，處理圖像、數據、聲音，通過MCU設備給下面終端設備設置好權限屬性就可以組建一個完整的視頻會議網絡，決定著視頻會議的可靠性和穩定性。
MCU和SOC都是AIoT發展的四大核心芯片之一，但在功能、應用等方面卻大相徑庭：
首先，名字上的區別，就讓MCU和SOC有了不同的定義。MCU（micro controller unit）換成咱們通俗的叫法也就是常說的微控制器單元；SOC（system on chip）也就是我們常說的片上系統。一個名字偏向于硬件定義，一個更偏向于軟件系統定義。
兩個硬件都可以跑操作系統，但是不是一個重量級別。雖然隨著集成電路工藝的提高，MCU功能集成度越來越高級，但是也僅能適合一些系統消耗低的實時操作系統運行。反觀SOC，更加強勁的CPU性能和更大容量的RAM/ROM資源，跑起Linux操作系統不在話下。
硬件設計上，MCU更加傾向于通用領域，SOC更加偏向于具體應用領域。在某些性能要求不高的產品開發中，MCU更加具有通用性，廣泛的適用于消費電子，智能家居，安防設備等方面。而SOC是專門為了某個具體應用領域進行的軟硬件配套修改升級。比如TI816X系列，海思的Hi3536系列等，專門為視頻處理領域做了大幅的資源升級。這些集成的硬件加速單元，可以極大的減輕嵌入式開發工程師的工作量，提高產品問世的速度。
畢竟做了硬件的升級，價格和產品方案也不是一個層級的水平。這點非常好理解，就像MCU的PCB板一樣，現在很多外圍的設備都已經集成到了一片SOC中，如此看來SOC的價格會不會比MCU高？同時，因為SOC的功能集成度高，也可以減輕硬件開發人員的設計時間。
中國MCU市場按應用領域大致分為六個類別，分別是：家電和消費電子、物聯網、智能表計/IC卡和安全、計算機和網絡通信、工業控制、汽車電子。
2020年中國MCU應用市場消費電子領域的市場份額占比最大，其次依次為計算機與網絡、汽車電子、IC卡、工業控制等領域。MCU因高性能、高可靠、高安全、低功耗等特點，在IC卡、智能門鎖等方面得到了廣泛應用。
作為智慧家庭入口的智能門鎖，近幾年開始呈現爆發態勢。相關數據顯示，2020年中國智能門鎖銷量已達1640萬套，同比增長17%。預計2021年中國智能門鎖市場規模將繼續增長，全渠道銷量達到1950萬套。
在智能化演進方面，智能門鎖也已經從原始的“密碼鎖”升級為現在擁有生物識別、智能控制、遠程監控、自動報警、語音交互多種功能的智能裝置。而實現其智能化的核心器件就是MCU芯片。例如芯昇科技的CM32M101A已在智能門鎖領域進行了應用方案拓展；國民技術N32G4FRx/N32WB4x系列MCU的單芯片安全智能門鎖解決方案，具有高集成度、低成本、高性能與安全的優勢；復旦微FM33LC0xxx系列MCU基于ARM Cortex-M0 內核，集成大容量的嵌入式閃存，帶有豐富的模擬數字外設，并具備優良的低功耗性能，是智能門鎖主控MCU的理想選擇。
隨著物聯網技術帶來的變革性影響逐步深入，智能家居、工業物聯網等下游應用領域的市場需求將面臨爆發式增長，進而推動我國的MCU芯片市場規模快速擴大。受益于物聯網技術發展，MCU的市場未來發展潛能巨大。
