MCU（Micro Controller Unit），即主控芯片，又稱微控制器或單片機(jī)，是一種集成了 CPU、存儲(chǔ)器（ROM/RAM）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（A/D、D/A）、輸入/輸出接口（I/O）以及計(jì)時(shí)器等多種功能模塊的微型、芯片級(jí)計(jì)算機(jī)。MCU適度縮減了 CPU 的規(guī)格與頻率，從而滿足各類計(jì)算控制設(shè)備對(duì)空間、功耗、實(shí)時(shí)性等方面要求，廣泛用于汽車電子、消費(fèi)電子、工業(yè)控制等搭載嵌入式系統(tǒng)的場(chǎng)景。

MCU 通常配備了各類輸入/輸出口接口，可與傳感器進(jìn)行連接，真實(shí)世界的溫度、光線、壓力、電壓等物理量可以透過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)由信號(hào)放大器的擴(kuò)大，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）將模擬信號(hào)離散化為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，傳遞給 MCU 進(jìn)行算法運(yùn)算和邏輯決策，生成控制信號(hào)，再經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，經(jīng)由功率驅(qū)動(dòng)器的放大傳輸?shù)酵饨绲膱?zhí)行設(shè)備。

MCU按用途可分為專用型和通用型，通用型 MCU 2020 年占比約 73%，其不針對(duì)特定應(yīng)用，將可開發(fā)的資源（ROM、RAM、I/O 等）全部提供給用戶，可根據(jù)自身需求進(jìn)行相應(yīng)開發(fā)來滿足特殊需求；專用型 MCU 市場(chǎng)占比約 24%，其面向特定用途設(shè)計(jì)和優(yōu)化，通常會(huì)在 MCU 內(nèi)集成具有特定功能的硬件單元，實(shí)現(xiàn)在特定功能上的實(shí)時(shí)性和低功耗。

MCU按存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可分為哈佛結(jié)構(gòu)和馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，絕大部分 MCU 為哈佛架構(gòu)，ARM-Cortex M 是典型代表，2020 年基于該架構(gòu)的 MCU 的出貨量占據(jù)全球 MCU 的 52%。馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并，哈佛結(jié)構(gòu)將指令和數(shù)據(jù)分別存放于兩個(gè)不同的存儲(chǔ)器中。
MCU按總線寬度主要分成 8 位、16 位、32 位，位數(shù)越高，性能和功耗、開發(fā)難度亦越高。

MCU按指令集架構(gòu)可分為復(fù)雜指令集架構(gòu)（CISC）與精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)（RISC）。指令集是計(jì)算機(jī)硬件可以識(shí)別和執(zhí)行的指令的集合，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件和軟件交互的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。CISC 架構(gòu)以 X86 為代表，其指令集極為龐雜，適合復(fù)雜運(yùn)算。而以 ARM、RISC-V、PowerPC 和MIPS 為代表的 RISC 架構(gòu)指令集更為精簡(jiǎn)易懂，成為 MCU 芯片開發(fā)的主流選擇，市場(chǎng)占比約 76%。

2022年全球 MCU 市場(chǎng)為282億美元，中國(guó)MCU市場(chǎng)規(guī)模約為390億元人民幣。

參考資料：IC Insights等

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審核編輯：黃飛

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