一、MCU简介：

MCU（微控制单元）俗称单片机，可被认为是CPU的缩减版本，把CPU的频率与规格进行缩减处理，并将RAM、ROM、时钟、A/D转换、定时/计数器、UART 、DMA等电路单元，甚至包括USB接口、LCD驱动电路都整合在一块芯片之中，形成芯片级的计算机，为各种应用场合提供组合控制。

 

MCU发展历程：

（1）1971年，Intel推出包含2300个晶体管的MCS-4微型计算机系统；

（2）1973年，Intel研制出8位的微处理器8080；

（3）1975年，MITS发布第一个通用型Altair 8800，带有1KB存储器；

（4）1976年，Intel研制出MCS-48系列8位MCU；

（5）1976年，Zilog公司开发Z80单片机，形成Intel、Motorola和Zilog三足鼎立格局；

（6）1983年，Intel推出16位的MCS-96系列，转让MCS-51系列8位单片机技术；

（7）1990s，各芯片厂商纷纷推出自有架构和内核；

（8）2004年，MIPS推出M4K内核，ARM推出Cortex-M3内核，ST推首款32位MCU；

（9）2010年，开源指令集RISC-V诞生；

以MCU的体系结构而言，可分为两大主流；CISC与RISC，从出货量上看RISC占据市场主流（76%）。

CISC虽然指令能力强，但是CPU结构复杂度较高。而RISC（精简指令集）的指令长度是固定的，并采取流水线的概念，将处理过程划分为多个阶段，每个时钟周期可以执行一条指令，允许并行处理。我们常见的ARM、PowerPC、MIPS、RISC-V等程序架构均属于RISC体系。

（1）ARM架构：是英国Acorn公司设计的低功耗、低成本的首款RISC微处理器；

（2）MIPS架构：MIPS公司开发并授权，类似于ARM架构，功耗指标优秀，价格更便宜；

（3）PowerPC：具有较好的嵌入式表现；

（4）RISC-V：是基于精简指令集的的开源指令集架构。

ARM架构实现了标准化，为设计平台提供了代码兼容性和软件兼容性，促使主要厂商纷纷迁移到32位MCU产品开发，成熟的架构迅速替代各家自定义架构，成为目前的主流架构，全球前十大MCU厂商32位产品均有导入ARM架构，基于ARM Cortex-M内核产品合计占比达到52%。

在中国市场，ARM Cortex-M0的占比最高（20%），其次为Cortex-M3（14%），Cortex-M23虽然性能领先、但市占率仅1%。除ARM架构外，RISC-V作为新兴的精简指令集架构，2021年市场份额也达到1%左右。

二、MCU分类

MCU按照位数（数据总线宽度）划分，可分为4位、8位、16位、32位和64位等，市场主流的还是8位和32位；

（1）8位MCU：具有功耗低、成本低、使用便捷等优点，应用场景：工商业。

（2）16位MCU：性能不及32位，性价比不如8位MCU，市场份额被边缘化。

（3）32位MCU：运算能力强，价格接近8位MCU，可满足大多数复杂嵌入式场景。

从存储器结构，可将MCU分为冯诺依曼结构和哈佛结构。冯诺依曼结构将程序指令存储器和数据存储器合并在一起。哈佛结构将程序指令和数据分开存储，分开读取，因此程序指令和数据指令可以有不同的数据宽度，通常具有较高的执行效率。

按应用领域划分，可以分为通用型和专用型。通用型MCU是指具有MCU的基本组成，但是将MCU中可利用的资源（包括RAM、ROM、串并行接口等）全部提供给用户，不是为了某种专门用途设计的。专用型MCU是指按照具体用途而专门设计的MCU，秉承“MCU+特定组件”的形式，通常会在MCU内集成具有特定功能的硬件单元，比如数字信号处理单元、蓝牙协议栈等。

三、MCU器件选型和开发流程

MCU是电子产品的核心部件，涉及硬件和软件，对于这个器件的选型需要非常慎重。需要综合考虑MCU要完成的功能，成本，交期，各类端口的数量，存储空间，可移植性，器件等级，功耗，电压等因素。

选型时需要考虑的问题点如下：

（1）应用场景和需求：软件、硬件和器件工程师共同确认产品需求、功能等情况；

（2）器件等级：包括器件等级，温度、功耗、安全等要求等；

（3）基本性能：包括处理器的类型、位数、时钟、内存、工作电压等基本参数；

（4）外设和接口：外设、接口，ADC/DAC、GPIO口的种类和数量等；

（5）价格和品牌：对品牌和价格要求，供应链可靠性等；

（6）开发环境：开发环境和、源代代码、代码可移植性、技术支持状况等；

（7）安全性：根据需要选择有安全特性的处理器保证应用和数据安全；

MCU的应用开发流程：

（1）沟通准确的项目需求，明确开发任务及周边电路；

（2）根据需求进行MCU及关键器件选型，获取技术资料/软件代码/开发板/样品；

（3）借助 IDE（集成开发环境），用编程语言编写/修改代码；

（4）进行代码编译，确保代码符合语法规则；

（5）在样板调试之前，先用仿真软件进行系统仿真和调试；

（6）在软硬件设计完成后，在样板上进行系统联调，直到最后功能无误；

（7）小批量试产，试用和测试，发现和解决问题；

（8）完成系统开发任务，组织批量生产，进行产品交付，提供售后服务。

四、MCU的应用领域

MCU广泛应用于各种领域，根据应用领域的不同，可以将MCU的应用分类如下：

家电：应用在电视、空调、冰箱、洗衣机、厨电、小家电等。MCU可以控制家电的功率、温度、湿度和运行状态等，需要具备低功耗、多种通信协议和接口、小尺寸和低成本等特点。

工控：应用在PLC、DCS和工控机等。MCU可以控制生产线、机器人、传感器和执行器等，需要具备高精度、高可靠性、多种通信协议和接口、防尘、防水和防腐蚀等特点。

物联网：应用在智能家居、智慧城市、智能交通、安防监控、智能农业等。MCU可以控制和管理各种物联网设备，需要具备低功耗、多种通信协议和接口、安全加密等特点。

汽车电子：应用在发动机控制、变速器、转向系统、制动系统、安全气囊等。汽车级MCU需要具备高可靠性、低功耗、多种通信协议和接口、高温、高湿度和高EMI抗干扰等特点。

医疗电子：包括血压计、血糖仪、医疗监护设备等。MCU可以控制医疗设备的测量、记录和传输等功能，需要具备高精度、低功耗、安全加密等特点。

其他：MCU还应用于消费类电子、智能硬件、航空航天、军事装备、能源管理等领域。

五、芯智云城MCU芯片选型

芯智雲城是芯智控股（2166.HK）旗下的自营电商平台，依托集团在电子产业内的丰富资源和产业经验，为广大的客户提供涵盖显示、物联网、智能硬件、安防、通讯、存储、车载、工控等多领域的技术解决方案，提供包括半导体芯片、电子元器件、电路模块、开发板套件在内的供应链服务。我们致力于为客户提供多样化的技术解决方案和全品类电子元器件供应链服务，帮助客户缩短项目开发周期，降低采购成本，快速将产品和服务推向市场。

• 国民技术股份有限公司

国民技术股份有限公司，2000年源于国家“909”集成电路专项工程成立，2010年创业板上市（股票代码:300077），是通用MCU、安全芯片领先企业和国家高新技术企业。总部位于深圳，在北京、上海、武汉、西安、重庆、香港、新加坡、美国奥斯汀、日本东京等地设有分支机构。

主营产品包括：通用MCU、安全芯片、可信计算芯片、智能卡芯片、蓝牙芯片、RCC创新产品等，广泛应用于网络安全认证、电子银行、电子证照、移动支付与移动安全、物联网、工业联网及工业控制、智能家电及智能家庭物联网终端、消费电子、电机驱动、电池及能源管理、智能表计、医疗电子、汽车电子、安防、生物识别、通讯、传感器、机器自动化等应用方向。

• 上海芯旺微电子技术有限公司：自有内核/指令集的汽车级MCU

上海芯旺微电子技术有限公司是一家基于自主研发的KungFu指令集和内核架构，研发高性能数模混合信号MCU&DSP产品的高新技术企业，同时向用户提供完整的等软硬件工具链系统，实现了从MCU芯片到基础软件生态的全覆盖，完全自主可控。KungFu MCU 凭借低功耗、高可靠、良好的一致性和稳定性等特色，成功应用于上汽、一汽、长安、东风、长城、吉利，大众、福特、现代、西门子、GE、联想和三菱等著名品牌企业，芯旺微致力于成长为一家本土汽车芯片领域的基石供应商。

• 先楫半导体：RISC-V高性能通用MCU

上海先楫是一家致力于高性能嵌入式解决方案的半导体公司，产品覆盖微控制器、微处理器和周边芯片，以及配套的开发工具和生态系统。 公司成立于2020年6月，总部坐落于上海市张江高科技园区，并在天津、深圳、苏州和杭州均设立分公司。 先楫半导体所有产品均通过严格的可靠性测试。目前已经量产的两个高性能通用MCU产品系列HPM6700/6400及HPM6300，性能领先国际同类产品，并完成AEC-Q100认证，全力服务中国工业，汽车和消费市场。

• 广州匠芯创科技有限公司：高端RISC-V SoC芯片

广州匠芯创科技有限公司以SoC芯片设计、工业人机交互、工业智能算法为核心，致力于成为世界一流的工业应用芯片解决方案供应商。公司总部位于广州市黄埔区，分公司位于珠海市香洲区。

LubanOS是基于 Buildroot 深度定制的多场景操作系统，具备稳定、安全、开放、敏捷的特点。在标准、高效的构建基础上，通过开放多样化的用户接口和丰富的第三方中间件应用，可以满足多种应用场景的开发。

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