Arduino 자체부터 다른 여러 제품에 이르기까지 우리가 자주 사용하는 다양한 개발 보드는 MCU 장치 또는 마이크로컨트롤러. 몇 가지 중요한 칩이 가능합니다. 이 장치를 프로그래밍하세요 프로그래머가 만든 명령을 처리하여 예상된 결과를 얻을 수 있습니다.
그러나, 마이크로컨트롤러 분야는 상당히 넓습니다., CPU나 마이크로프로세서의 경우도 마찬가지입니다. 디자이너나 제조업체, 모델이 많을 뿐만 아니라 알아야 할 제품군도 많기 때문입니다. 따라서 우리는 이 기사를 바로 이 주제에 바칠 것입니다. 이를 통해 귀하의 프로젝트에서 어떤 것이 가장 관심을 끌 수 있는지 알 수 있습니다.
마이크로컨트롤러 또는 MCU란 무엇입니까?
Un 마이크로컨트롤러 또는 MCU(마이크로컨트롤러 장치) 중앙프로세서(CPU), 메모리, 주변기기의 기능을 하나의 칩에 통합한 소형 장치입니다. 이 장치는 많은 전자 시스템의 핵심이며 임베디드 전자 분야의 기본입니다. 간단히 말해서, 프로그래밍이 가능하므로 단일 칩이 다양한 기능을 유연하게 수행할 수 있도록 하는 유선 전자 장치에 대한 훌륭한 대안입니다.
마이크로컨트롤러는 다음과 같은 용도로 사용됩니다. 다양한 애플리케이션 다양성과 효율성 때문입니다. 마이크로컨트롤러의 사용 사례로는 자동차, 가전제품, 산업 자동화 시스템, 프로세스 제어 시스템, 장난감, 보안 시스템, 개발 보드 및 기타 여러 전자 장비의 제어 시스템이 있습니다.
마이크로컨트롤러 부품
마이크로 컨트롤러는 통합 장치이며 모든 구성 요소는 칩 또는 집적 회로에 구현됩니다. 사이 가장 기본적인 부분 이 칩은 다음과 같습니다.
- CPU (Central Processing Unit): 중앙 처리 장치는 마이크로 컨트롤러의 두뇌이자 가장 중요한 부분입니다. 이 단위는 프로그램의 데이터와 명령을 사용하여 실행 단위에서 적절하게 해석하고 처리하여 예상되는 결과를 얻는 일을 담당합니다. 즉, CPU는 모든 계산 작업을 수행하고 프로그램 논리에 따라 결정을 내립니다. CPU의 속도와 효율성은 마이크로컨트롤러의 성능을 크게 결정합니다. 또한 일반적으로 마이크로 컨트롤러가 특정 이벤트에 적시에 응답할 수 있도록 하는 인터럽트 시스템과 같은 기본 부품도 있습니다. 신호 입력이나 타이머가 특정 값에 도달하는 등 특정 이벤트가 발생하면 마이크로 컨트롤러는 이 이벤트에 응답하기 위해 현재 작업을 중단할 수 있습니다.
- 기억: 일반적으로 RAM과 플래시라는 두 가지 유형의 메모리를 가지고 있습니다. RAM은 프로그램을 구성하는 명령어와 프로그램 실행 중 데이터(변수, 상수 등)와 같은 임시 데이터를 저장하는 데 사용됩니다. 플래시 메모리는 실행할 프로그램을 저장하는 데 사용되며, RAM과 같이 비휘발성이므로 전원이 차단되거나 장치가 꺼지더라도 프로그램은 그대로 유지됩니다.
- 입출력 주변기기(I/O): 마이크로 컨트롤러가 외부 세계와 상호 작용할 수 있도록 합니다. 여기에는 디지털 I/O 포트, 아날로그-디지털 변환기(ADC), 디지털-아날로그 변환기(DAC), UART, SPI 및 I2C와 같은 통신 인터페이스, 다양한 컨트롤러, 타이머, 카운터, GPIO 및 다른 사람.
마이크로프로세서나 CPU와 어떻게 다릅니까?
마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러는 전자 분야의 두 가지 기본 구성 요소이지만 중요한 차이점 많은 사람들이 두 가지를 혼동하거나 동일하다고 생각하지만 구조와 사용 측면에서 그렇습니다.
CPU는 통합만 하는 반면 기능 단위 ALU, FPU 등과 같은 명령, 레지스터 및 실행 명령의 제어 및 해석을 위해 더 유연한 방식으로 다른 보조 요소와 결합될 수 있지만 마이크로컨트롤러는 통합이라는 측면에서 다소 폐쇄적입니다. CPU가 생략하는 많은 부분들. 실제로 CPU는 컴퓨터의 두뇌인 반면 MCU는 단일 칩에 모든 기본 부품이 포함되어 있으므로 완전한 컴퓨터로 간주할 수 있습니다.
그러나 더 큰 통합을 다음과 같은 용어와 혼동하지 마십시오. 복잡성과 성능. 현재 마이크로프로세서는 매우 복잡하고 성능이 매우 뛰어나지만, 현재 마이크로컨트롤러에는 일반적으로 성능이 훨씬 낮고 단순한 통합 CPU가 있습니다. 실제로 오늘날의 마이크로 컨트롤러 중 다수는 수십 년 전의 마이크로 프로세서와 유사한 성능을 가질 수 있습니다. 게다가 나중에 살펴보겠지만 8년대 CPU와 같은 16비트 또는 70비트 마이크로컨트롤러도 있습니다.
SoC와 차이점은 무엇입니까?
마이크로 컨트롤러는 동일한 칩에 여러 요소를 통합하므로 SoC(System on a Chip)와도 혼동되는 경우가 많습니다.그러나 그것은 동일하지 않습니다. CPU와 MCU의 경우와 마찬가지로 SoC도 대부분의 최신 마이크로 컨트롤러보다 훨씬 높은 성능을 갖춘 CPU를 통합합니다. 게다가 SoC는 훨씬 더 복잡하고 발전된 시스템입니다. 반면, SoC는 일반적으로 마이크로 컨트롤러에 통합되는 일부 부품을 통합하지 않습니다. 왜냐하면 RAM 및 플래시 메모리, ADC 변환기 등과 같이 의도된 애플리케이션에는 SoC가 필요하지 않기 때문입니다.
약간의 역사
1년 Four-Phase Systems의 AL1969과 944년 Garrett AiResearch의 MP1970와 같은 초기 다중 회로 마이크로프로세서는 다중 MOS LSI 칩으로 개발되었습니다. 최초의 단일 칩 마이크로프로세서는 4004년에 출시된 Intel 1971였습니다. 이러한 프로세서는 기능적인 시스템을 구현하기 위해 여러 개의 외부 칩이 필요했으며 비용이 많이 들었습니다. 그러나 거의 동시에 오늘날 우리가 마이크로 컨트롤러로 알고 있는 것이 개발되었습니다. 그 IT 엔지니어인 Gary Boone과 Michael Cochran의 작품입니다.1971년 읽기 전용 메모리, 읽기/쓰기 메모리, 프로세서 및 클럭을 단일 칩에 결합한 최초의 마이크로 컨트롤러인 TMS 1000이 성공적으로 탄생했습니다. 사실 이것은 또 다른 이야기이지만 마이크로프로세서의 저작권을 두고 특허 전쟁과 소송을 일으켰습니다...
1970년대에는 일본 전자 제조업체가 자동차용 마이크로컨트롤러 생산을 시작했습니다.. 점차 인기를 얻었고 단일 칩 TMS 1000의 존재에 대응하여 Intel은 제어 애플리케이션에 최적화된 칩에 컴퓨터 시스템인 Intel 8048을 개발했습니다. Intel 1993은 CPU와 함께 동일한 칩에 RAM과 ROM을 결합했습니다. 시간이 지남에 따라 비휘발성 메모리가 개선되어 최초의 ROM과 같은 영구 프로그램으로 공장에서 기록된 것부터 삭제하고 다시 프로그래밍할 수 있는 PROM 또는 XNUMX년 EEPROM이 도입될 때까지 계속되었습니다. 간단한 방법으로 원하는 만큼 여러 번 다른 프로그램을 사용할 수 있습니다.
조금씩 이러한 유형의 칩을 중심으로 다음과 같은 회사가 탄생했습니다. Atmel, Microchip Technology 등 다수. 해당 분야의 다른 회사들도 Intel, Analog Devices, Cypress, AMD, ARM, Hitachi, EPSON, Motorola, Zilog, Infineon, Lattice, National Semiconductor, NEC, Panasonic, Renesas, Rockell, Sony와 같은 자체 MCU를 배포하기 시작했습니다. , STMicroelectronics, Synopsis, Toshiba 등
오늘날 마이크로컨트롤러는 취미생활자 및 다양한 산업 분야에서 저렴하고 쉽게 접근할 수 있습니다. 또한, 판매된 것으로 추정됩니다. 전 세계적으로 약 5억 개의 8비트 장치, 현재 가장 많이 사용됩니다. 가전제품, 자동차, 컴퓨터, 전화기, 산업용 기계 등에서 찾을 수 있습니다. 게다가 그들은 최대한 소형화하는 데 성공하여 소금 한 알보다도 훨씬 작은 세계에서 가장 작은 컴퓨터를 만들었습니다.
ISA 및 마이크로컨트롤러 제품군
이제 MCU 또는 마이크로컨트롤러가 무엇인지에 대해 좀 더 알게 되었으므로 다음 중 일부를 살펴보겠습니다. 가장 중요한 가족 이 마이크로 컨트롤러 중. 그리고 CPU와 마찬가지로 ISA 즉, 사용되는 명령어, 레지스터, 데이터 유형의 레퍼토리에 따라 구분할 수 있으며, 이에 따라 실행할 수 있는 바이너리 프로그램의 호환성이 좌우된다. 가족 사이. 그리고 이러한 제품군은 칩에 포함된 모델, 브랜드 또는 장치와 완전히 독립적입니다.
중 가장 인기 있는 가족 우리는 다음을 가지고 있습니다 :
- 어린이들: Altera의 FPGA용 소프트코어 세대이며 현재는 Intel에 흡수되었습니다.
- 검은지느러미: Analog Devices가 개발, 제조 및 판매하는 16/32비트 마이크로프로세서 제품군입니다. 또한 프로세서에는 16비트 MAC(곱셈-누산)에 의해 수행되는 디지털 신호 프로세서(DSP) 기능이 내장되어 있습니다.
- TigerSHARC: 역시 Analog Devices의 Super Harvard Architecture Single-Chip Computer를 나타냅니다. 이 경우 낮은 전력 소비로 높은 컴퓨팅 성능이 필요한 애플리케이션에 이상적입니다. 이 프로세서는 Von Neumann 버스 아키텍처와 관련된 성능 저하 없이 데이터 및 명령에 효율적으로 액세스할 수 있는 고유한 메모리 아키텍처를 제공합니다.
- 피질-M- ARM의 Cortex-M 마이크로컨트롤러는 전력 효율성이 매우 높고 우수한 성능을 제공하는 인기 있는 32비트 마이크로컨트롤러 제품군입니다. 이는 특히 산업 및 소비자 응용 분야에서 인기가 높으며 현재 많은 회사에서 판매되는 최신 칩의 대부분을 나타냅니다.
- AVR32: Atmel에서 제작한 32비트 RISC 마이크로 컨트롤러 아키텍처이며 Arduino 및 그 클론과 같은 많은 개발 보드에서 찾을 수 있습니다.
- RISC-V: 이 개방형 ISA는 ARM을 능가하는 것을 목표로 하며 매우 유연하고 로열티를 지불하지 않고도 사용할 수 있기 때문에 마이크로 컨트롤러 세계에서 점차 중요성을 가지기 시작했습니다.
- PIC- 고급 RISC 아키텍처로 유명한 Microchip Technology에서 개발한 8비트 마이크로컨트롤러 제품군으로 업계에서 꽤 인기가 있습니다.
- 파워QUICC: IBM의 Power Architecture 기술을 기반으로 하며 Motorola(현 Freescale)에서 사용되었으며 임베디드 네트워크 장비, 산업용 및 일반 임베디드 애플리케이션의 전체 스펙트럼을 지원합니다.
- 스팬션: Fujitsu의 MCU로 아날로그 및 디지털 제품에 중점을 두고 효율성과 균형 잡힌 성능을 고려하여 설계되었습니다.
- 8051: Intel에서 개발한 8비트 마이크로컨트롤러이지만 이제는 다른 회사에서도 제조됩니다. 가장 널리 사용되는 마이크로컨트롤러 중 하나이며 다양한 애플리케이션에 사용됩니다. 8051은 Harvard 아키텍처를 기반으로 하는 CISC 마이크로컨트롤러입니다.
- 트라이코어: Infineon Technologies에서 개발한 마이크로컨트롤러입니다. TriCore는 RISC 프로세서 코어, 마이크로컨트롤러 및 DSP 요소를 단일 칩에 통합합니다. 당시에는 혁명이었습니다.
- MC-48 또는 8048: 64바이트 RAM과 4096바이트 외부 프로그램 메모리에 액세스할 수 있는 Intel 계열의 마이크로 컨트롤러입니다.
- 미코8- Lattice FPGA용 범용 메모리 및 로직으로 완전히 구현된 8비트 마이크로컨트롤러 제품군입니다.
- 추진자: Parallax Inc.에서 개발한 32비트 멀티코어 아키텍처. 각 프로펠러에는 공통 허브에 연결된 8개의 동일한 32비트 프로세서가 있습니다.
- 기본 스탬프- ROM에 내장된 소형 전문 BASIC 인터프리터(PBASIC)가 있는 마이크로컨트롤러입니다. 패럴랙스(Parallax, Inc.)에서 제작한 제품으로, 아두이노가 출시되기 전 집에서 다양한 프로젝트를 해보고 싶었던 제조사들에게 꽤 인기가 있었던 제품이었습니다.
- 슈퍼H: Hitachi가 개발하고 현재 Renesas가 생산하고 있는 32비트 RISC 컴퓨팅 명령어 세트 아키텍처로, 임베디드 시스템용 마이크로컨트롤러에 중점을 두고 있습니다.
- 티바: Texas Instruments에서 개발한 시리즈 마이크로 컨트롤러입니다. 부동 소수점 처리 장치(FPU)를 포함하여 최대 80MHz의 프로세서 클럭 주파수가 내장되어 있으며 뛰어난 성능을 제공합니다.
- 마이크로블레이즈: 컨트롤러 애플리케이션을 위한 고도로 통합된 프로세서 시스템입니다. MicroBlaze는 Xilinx(현 AMD) FPGA, 즉 소프트코어의 메모리 및 범용 로직에서 완전히 구현됩니다.
- 피코블레이즈: 이전 것과 비슷하지만 이 경우에는 더 통합된 애플리케이션을 위해 8비트이고 더 간단합니다.
- 엑스코어: C 언어 환경에서 프로그래밍되고 낮은 대기 시간으로 결정적으로 작동하는 32비트 XMOS 멀티코어 MCU입니다. 그것들은 매우 완벽하며 타일 형태로 구현될 수 있습니다.
- Z8: Zilog의 제품으로 광범위한 성능과 리소스 옵션을 제공하는 8비트 장치입니다. 이 마이크로컨트롤러는 소비자 가전, 자동차, 보안 및 HVAC 제품을 포함하여 비용에 민감한 대용량 애플리케이션에 이상적입니다.
- Z180: 이전 범위를 업데이트한 새로운 eZ 출시 이전에 Zilog 내에서 인기 있었던 또 다른 제품입니다. 여기에는 Z8용으로 작성된 대규모 소프트웨어 기반과 호환되는 80비트 프로세서가 포함되어 있습니다. Z180 제품군에는 클럭 생성기, 16비트 카운터/타이머, 인터럽트 컨트롤러, 대기 상태 생성기, 직렬 포트 및 DMA 컨트롤러와 같은 더 높은 성능과 통합 주변 장치 기능이 추가되었습니다.
- STM: 이 STMicroelectronics 제품군에는 이 회사의 자체 아키텍처를 기반으로 하는 일부 MCU 장치가 있지만 최신 모델에서는 다른 많은 경우와 마찬가지로 32비트 ARM Cortex-M 시리즈를 통합하도록 선택되었습니다. 완벽한 통합과 개발 용이성을 유지하면서 매우 높은 성능, 실시간 기능, 디지털 신호 처리, 저전력/저전압 작동 및 연결성을 결합한 제품을 제공합니다.
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