MCU(Micro Controller Unit) 기초

🖲 MCU (Micro Controller Unit)

1. 의미
   MCU는 마이크로프로세서와 메모리, 프로그램 가능한 입출력 모듈을 하나의 칩으로 만들어 정해진 기능을 수행하는 컴퓨터를 말한다.
   CPU와 다른 점은 많은 수의 타이머와 PWM 출력, 많은 수의 GPIO, 각종 시리얼 통신 장치들, 프로그램을 저장하기 위한 플래시 메모리나 ROM 등 많은 주변장치를 포함하고 있다는 것.
   일반적으로 MCU의 성능은 PC에 비해 낮고 형상이 다르기 때문에, MCU와 CPU의 구분은 그 프로세서의 사용 목적에 따라 정해지는 편이다.
   고성능의 OS를 설치해 PC나 서버, 슈퍼컴퓨터 등에 사용하는 경우에는 보통 CPU라 하며, 일반적인 OS가 아닌 RTOS를 설치해 사용하거나 OS 없이 펌웨어만 사용해서 자동제어에 사용되는 경우에는 MCU라 부르는 편이다.

2. 역사
   최초의 MCU는 1971년 출시된 4bit 인텔4004, 8088이 시작, 그러나 두 프로세서 모두 작동 시스템 구현에 외장 칩이 필요했고, 전체 시스템 비용을 증가시켰다.
   그래서 스미스소니언 협회는 텍사스 인스트루먼트(TI)의 엔지니어인 게리 분(Gary Boone)과 마이클 코치란(Michael Cochran)이 1971년 최초로 MCU를 성공적으로 개발한 것으로 평가했다.
   이들은 1974년 TMS 1000이라는 MCU를 상용화 하였고, 읽기 전용 메모리, 읽기/쓰기 메모리, 프로세서, 클럭을 한 칩에 합쳤고 임베디드 시스템에 목표를 두었다.

3. 종류

• AVR
  아트멜 AVR(Atmel AVR)은 1996년 아트멜 사에서 개발된 8bit 범용 RISC MCU이다. 안에 CPU, ROM, RAM, 플래시 메모리, ADC, DAC, GPIO가 모두 들어있다. 출시 당시 AVR은 프로그램을 저장하기 위해 이용한 메모리 방식을 다른 MCU처럼 ROM, EPROM 또는 EEPROM을 사용하지 않고, 단일칩 플래시메모리를 사용한 최초의 MCU중 하나로 꼽힌다.

• Intel 8051
  인텔(Intel)에서 만든 8051은 8bit MCU로 1975년에 개발된 아주 초창기의 MCU이다. 1980년 발표되었고 8비트 8051계열을 통틀어 MCS 51이라 부른다.
  8051계열이 발전하면서 부가 하드웨어는 다양한 방식으로 변경 및 추가를 통해 여러 모델의 칩을 여러 제조사에서 제공한다. 경우에 따라 ADC, SPI 등의 하드웨어 모듈 등이 존재하는 8051 계열 칩도 존재한다. 이와 더불어 메모리도 EPROM 대신 플래시 방식으로, 그리고 EEPROM도 추가하는 경우도 있다.
  인텔의 오리지널 8051은 NMOS공정으로 제작됐으나 후에 CMOS공정으로 바꿔 저전력의 배터리 전원 기기에 적용시킬 수 있었다. CMOS 공정의 제품은 "C"를 붙여 8051C와 같이 표기한다.

• PIC(Peripheral Interface Controller)
  미국의 마이크로칩(MicroChip Technology)에서 만든 MCU 시리즈로, 8bit MCU부터 32bit MCU까지 다양한 제품이 있으며 16bit 제품군에는 DSP인 dsPIC 시리즈도 있다.
  한편, 마이크로칩은 2016년 4월 아트멜을 인수하였다.

• ARM
  ARM은 1990년에 애플(Apple)과 아콤 컴퓨터 그룹(Acorn Computer Group), VLSI 테크놀로지가 공동으로 투자해 만든 회사의 제품 이름이다. 특이하게 MCU 제품 그 자체가 아닌, MCU의 코어(Core)를 구성하는 회로를 의미한다. ARM은 오직 ARM 코어의 회로를 설계하고 연구할 뿐, 직접 생산하지는 않는다.
  따라서 실제 ARM 기반의 MCU 생산은 다양한 업체에서 수행하고, 회로도 사용에 대한 라이센스 비용을 지불하는 방식으로 운영된다. 그리고 이렇게 만들어진 ARM 제품에 스냅드레곤(퀄컴), 테그라(엔비디아), 엑시노스(삼성) 등의 독자적인 이름을 부여해 판매된다.
  ARM은 앞서 설명한 업체의 MCU보다 고성능을 자랑하기 때문에 보다 복잡함을 요구하는 주변장치에 대한 제어를 할 수 있다. 따라서 LCD와 같은 그래픽 장치, 카메라 장치, 공유기와 같은 네트워크 관련 장치, 터치스크린과 같은 사용자와의 상호관계가 필요한 장비에 사용된다. 최근에는 대부분의 스마트폰에 탑재돼 마치 하나의 개인 PC에 버금가는 활용도를 구현한다.

4. MCU의 활용
   MCU를 탑재한 전자제품의 종류는 무궁무진하다. 우리가 사용하는 전자제품의 대부분의 기능이 MCU로 구현된다고 해도 과언이 아니다. 이러한 MCU의 활용 분야는 프로그래밍을 어떻게 하느냐에 따라 달라진다. MCU의 주요 기능은 다음과 같다.
   • 시각적 기능 ➡️ 사용자에게 전자기기의 동작 상태 정보 제공, LCD, LED등 이용
   • 청각적 기능 ➡️ 음악이나 알람 소리를 통해 사용자에게 기기의 동작 상태를 알리는 음성 기능 제공
   • 모터, 밸브 통제 ➡️ 모터의 방향이나 속도 변환, 밸브 열고 닫는 신호 출력
   • 전자 신호 측정과 출력 ➡️ 센서 부품의 전압을 직접 측정, 일정한 전압 출력 가능해 다른 전자 부품에 기준 전압 제공하는 레귤레이터 역할 수행 가능
   • 기기간 통신 ➡️ 기기간 데이터 교환 수행 가능, USB 등
   • 계산, 연산 ➡️ MCU의 본래 목적, 특정 작업 처리하기 위해 계산을 통해 앞에 언급한 기능 통합하고 조율, 하나의 작업을 처리하기 위해 필요한 여러가지 기능을 통합하는 것이 MCU의 가장 중요한 기능 중 하나

• 출처

  테크월드 뉴스
  위키백과, 마이크로컨트롤러
  위키백과, 인텔 8051