????????導(dǎo)語--目前我們對數(shù)字芯片的介紹已經(jīng)完成了三分之二，即已經(jīng)分別介紹了承擔(dān)計(jì)算功能的邏輯芯片、承擔(dān)存儲功能的存儲芯片。接下來我們將完成數(shù)字芯片的最后一塊拼圖，即介紹將運(yùn)算、存儲等功能集成于一個(gè)芯片之上的微控制單元（MCU）。現(xiàn)在就讓我們開始吧。

????????與邏輯芯片、存儲芯片一樣，MCU也是種類繁多，本篇文章也按照以往慣例，我們首先將MCU的分類總結(jié)為如下的思維導(dǎo)圖。

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????????微控制器（Micro Controller Unit，MCU），又稱單片微型計(jì)算機(jī)或者單片機(jī)(Single Chip Micro Computer)。MCU是CPU在發(fā)展過程中根據(jù)特殊應(yīng)用場景衍化出的分支，CPU是計(jì)算機(jī)中的核心部件，起到運(yùn)算與控制功能，與存儲器以及輸入輸出設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行。MCU處理功能類似于小型CPU，能夠用軟件控制來取代復(fù)雜的電子線路控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化以及輕量化控制，它在信號鏈中起核心處理作用，而信號鏈?zhǔn)沁B接真實(shí)世界和數(shù)字世界的橋梁，是電子產(chǎn)品智能化、智慧化的基礎(chǔ)。隨著生活中各類電子設(shè)備的發(fā)展與工業(yè)智能化的趨勢，某些用電器如一臺能夠自動控制加熱保溫的電飯煲或者汽車的自動雨刮器，并不需要CPU這么強(qiáng)的運(yùn)算能力，因此可將CPU的規(guī)格進(jìn)行適當(dāng)縮減，僅保留需要的運(yùn)算能力即可，并將內(nèi)存、計(jì)數(shù)器等外設(shè)集成在單一芯片上發(fā)揮功能，形成芯片級計(jì)算機(jī)。

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????????MCU產(chǎn)品種類繁多，主要分類依據(jù)為用途、應(yīng)用領(lǐng)域、存儲器類型和結(jié)構(gòu)、位數(shù)、指令集等：

????????1.?按用途可分為通用型和專用型。專用型MCU的硬件和指令是按照某種特定用途設(shè)計(jì)的，如用于體溫計(jì)的單片機(jī)、用于洗衣機(jī)的單片機(jī)等。通用型MCU將可開發(fā)的資源（ROM、RAM、I/O、EPROM）等全部提供給用戶，功能相對更全面。在通用型MCU中，8位單片機(jī)成本低，價(jià)格廉，便于開發(fā)，其性能可滿足大部分需要。

????????2.?按應(yīng)用領(lǐng)域可分為：消費(fèi)電子，包括家用電器、電視、游戲機(jī)及音視頻系統(tǒng)等；工業(yè)領(lǐng)域，包括智能家居、自動化、醫(yī)療應(yīng)用及能源生成與分配等；汽車領(lǐng)域，包括汽車動力總成和安全控制系統(tǒng)等；軍工領(lǐng)域，包括航空航天等。

????????3.?按其存儲器類型可分為無片內(nèi)ROM型和帶片內(nèi)ROM型兩種。對于無片內(nèi)ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應(yīng)用（典型芯片為8031）。

????????4.?按存儲器結(jié)構(gòu)可分為哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)和馮諾依曼（Von Neumann）結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在的單片機(jī)絕大多數(shù)都是基于馮諾伊曼結(jié)構(gòu)的。其實(shí)哈佛結(jié)構(gòu)也是在馮諾依曼結(jié)構(gòu)的范式內(nèi)。

????????5.?按位數(shù)，即數(shù)據(jù)總線的寬度和一次可處理的數(shù)據(jù)字節(jié)長度可分為4、8、16、32位MCU。位數(shù)越高，運(yùn)算能力越強(qiáng)。2020年中國通用型MCU市場規(guī)模中，32位占比54%，8位占比43%，4位占比2%，16位占比1%。32位和8位占據(jù)市場主流，且未來32位產(chǎn)品占比預(yù)計(jì)仍將不斷提高。

????????6.?按照指令集：可分為CISC（復(fù)雜指令集架構(gòu)）和RISC（精簡指令集架構(gòu)）兩類。

????????MCU的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，自1971年美國Intel公司首先推出4位微處理器以來，它的發(fā)展到目前為止大致可分為六個(gè)階段：

????????1.?單片機(jī)發(fā)展初級階段，1971年，英特爾公司的霍夫研制出世界上第一塊4位微處理器芯片4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世。1972年，英特爾又推出了8位微處理器Intel 8008，以及采用6微米工藝的8080。

????????2.?低性能單片機(jī)階段，1975年，德州儀器公司（TI）首次推出4位單片機(jī)TMS-1000，標(biāo)志著單片機(jī)正式誕生。1976年，Intel研制出了MCS-48系列8位單片機(jī)，使單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段，其內(nèi)部集成了8位CPU、多個(gè)并行I/O口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、小容量的RAM和ROM。

????????3.?高性能單片機(jī)階段，1980年，Intel在MCS-48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了MCS-51系列8位高檔單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)比MCS-48系列單片機(jī)有明顯提高，內(nèi)部增加了串行通信接口，因性能可靠、簡單實(shí)用、性價(jià)比高深受歡迎，MCS-51系列被譽(yù)為“最經(jīng)典的單片機(jī)”。

????????4.?16位單片機(jī)階段，1983年，Intel推出高性能的MCS-96系列，16位單片機(jī)正式問世，但由于性價(jià)比不理想并未得到普及，其主要被應(yīng)用于復(fù)雜的控制系統(tǒng)以及早期的嵌入系統(tǒng)。

????????5.?全面發(fā)展階段，90年代之后，集成電路技術(shù)高速發(fā)展，32位單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，嵌入式系統(tǒng)因此得到大力推廣。

????????6.?MCU持續(xù)更新迭代，目前市場上以8位和32位為主。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，很多場合不僅需要實(shí)現(xiàn)機(jī)械化向電磁化、智能化的轉(zhuǎn)變，而且還要考慮可靠的連接性、安全性和保護(hù)性，所有這些功能的實(shí)現(xiàn)都需要MCU的參與，因此32位MCU會是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主流。

????????全球MCU領(lǐng)域呈現(xiàn)寡頭壟斷的格局，根據(jù)Omidia的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，瑞薩電子、恩智浦、英飛凌、意法半導(dǎo)體與微芯科技前五大廠商市場份額2020年約占總體市場份額的75%，國內(nèi)廠商市場份額約占3%-5%。國際大廠中除恩智浦采用Fabless模式外，其他大多采用IDM模式。根據(jù) IC Insights 最新報(bào)告顯示，在2021年強(qiáng)勁的 MCU 復(fù)蘇中，5 家最大的微控制器供應(yīng)商分別為NXP、Microchip、瑞薩電子、意法半導(dǎo)體和英飛凌。五家最大的微控制器供應(yīng)商均開發(fā)和銷售基于 ARM 的 MCU。與 2016 年的 72.2% 相比，這些公司在 2021 年占全球 MCU 銷售額的 82.1%，這意味著微控制器領(lǐng)域的巨頭不斷擴(kuò)大。

????????總體來看，海外廠商產(chǎn)品種類齊全，涵蓋附加值較高的車規(guī)級與工業(yè)級MCU，國內(nèi)廠商的產(chǎn)品主要集中于低附加值的家電領(lǐng)域。高附加值產(chǎn)品方面，2019年比亞迪推出第一代32位車規(guī)級MCU芯片，預(yù)計(jì)2022年兆易創(chuàng)新將實(shí)現(xiàn)車規(guī)級MCU量產(chǎn)，中穎電子進(jìn)行流片。此外芯?？萍嫉能囈?guī)級信號鏈MCU已經(jīng)在多家客戶端驗(yàn)證通過，并開始進(jìn)入產(chǎn)品測試和量產(chǎn)導(dǎo)入階段。同時(shí)，公司已啟動下一代車規(guī)信號鏈 MCU 產(chǎn)品的開發(fā)及驗(yàn)證工作，將形成系列化平臺產(chǎn)品，繼續(xù)拓展智能座艙，車身電子市場。車規(guī)級MCU的認(rèn)證過程持續(xù)時(shí)間約兩年，耗時(shí)較長，因此具有較高的行業(yè)壁壘和附加值。

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????????現(xiàn)在我們已經(jīng)對集成電路中的數(shù)字芯片有了一個(gè)基礎(chǔ)的理解，下篇文章我們將轉(zhuǎn)向集成電路的另一個(gè)重要分類模擬芯片，讓我們下篇文章見吧。