Skip to content

Các dòng MCU phổ biến

Trang này giới thiệu các dòng MCU đang được dùng rộng rãi, ở góc độ chọn chip cho một board. Trang trình bày theo thứ tự: tiêu chí phân loại, các kiến trúc core thường gặp, các dòng MCU của từng hãng, bảng so sánh tổng hợp và các xu hướng hiện nay. Cấu trúc bên trong của core (pipeline, tập lệnh) thuộc tab Chip & SoC và chỉ được nhắc ngắn ở đây.

Tiêu chí phân loại

MCU thường được phân loại theo bốn tiêu chí. Mỗi hãng tổ chức danh mục sản phẩm theo cách riêng, nhưng hầu hết đều có thể quy về các tiêu chí này.

Tiêu chí Các nhóm
Kiến trúc core 8-bit (AVR, PIC, 8051), 16-bit (MSP430, RL78), 32-bit (Arm Cortex-M, RISC-V, Xtensa, kiến trúc riêng của hãng)
Phân khúc Giá rẻ và đa dụng, tiêu thụ thấp, hiệu năng cao, điều khiển thời gian thực, ô tô và an toàn chức năng
Kết nối không dây Không có radio, hoặc tích hợp radio Bluetooth LE, 802.15.4 (Thread, Zigbee), Wi-Fi, sub-GHz
Hệ sinh thái SDK của hãng, mức hỗ trợ trong Zephyr và FreeRTOS, cộng đồng, công cụ debug

Kiến trúc core thường gặp

Phần lớn MCU 32-bit hiện nay dùng core Arm Cortex-M. Arm chia dòng Cortex-M thành nhiều core theo hiệu năng và tính năng, hãng chip mua license core rồi tự ghép ngoại vi và bộ nhớ:

Core Kiến trúc Đặc điểm chính
Cortex-M0, M0+ Armv6-M Nhỏ nhất, tiêu thụ thấp, dùng cho MCU giá rẻ
Cortex-M3 Armv7-M Core đa dụng thế hệ đầu của dòng M
Cortex-M4 Armv7E-M Thêm lệnh DSP, có tùy chọn FPU
Cortex-M7 Armv7E-M Pipeline superscalar, có cache, dùng cho MCU hiệu năng cao
Cortex-M23, M33 Armv8-M Thêm TrustZone-M để tách vùng secure và non-secure
Cortex-M55, M85 Armv8.1-M Thêm Helium (M-Profile Vector Extension, MVE) cho xử lý tín hiệu và machine learning

Ngoài Arm, RISC-V 32-bit xuất hiện ngày càng nhiều trong MCU, cả ở vai trò core chính (Espressif ESP32-C, WCH CH32V) lẫn core phụ bên cạnh Cortex-M (Nordic nRF54L, Raspberry Pi RP2350). Espressif dùng core Xtensa của Cadence cho các dòng ESP32 đời đầu. Một số hãng vẫn duy trì kiến trúc riêng như Renesas RX, Infineon TriCore và TI C28x. Chi tiết về tập lệnh xem Arm và RISC-V.

Các dòng MCU theo hãng

Phần này liệt kê các dòng chính của từng hãng theo thứ tự không mang ý nghĩa xếp hạng. Thông số cụ thể thay đổi theo từng mã chip trong cùng một dòng, nên chỉ những thông số đã đối chiếu với trang sản phẩm mới được ghi.

STMicroelectronics STM32

STM32 là họ MCU Arm Cortex-M của ST, trải từ Cortex-M0+ tới Cortex-M55. ST chia họ này thành các series theo phân khúc và dùng chung bộ công cụ STM32Cube (CubeMX để cấu hình chân và clock, thư viện HAL và LL, CubeIDE).

  • Đa dụng: STM32C0 (giá rẻ), STM32F0, F1, F4, G0, G4.
  • Tiêu thụ thấp: STM32L0, L4, U5 (Cortex-M33 có TrustZone).
  • Hiệu năng cao: STM32F7, H7 (Cortex-M7, có mã dual-core M7 và M4), STM32N6 (Cortex-M55 ở 800 MHz kèm NPU Neural-ART).
  • Không dây: STM32WB (Bluetooth LE, 802.15.4), STM32WL (sub-GHz, LoRa).

ST cũng có dòng STM32MP1 và STM32MP2 chạy Linux, nhưng đó là MPU, không thuộc họ MCU.

NXP

NXP có nhiều dòng MCU Arm, một phần kế thừa từ Freescale:

  • LPC: dòng MCU Cortex-M0+, M4 và M33 lâu đời của NXP.
  • Kinetis: dòng kế thừa từ Freescale, các sản phẩm mới chuyển dần sang MCX.
  • MCX: dòng MCU mới hợp nhất LPC và Kinetis. MCX N có hai core Cortex-M33 ở 150 MHz và NPU eIQ Neutron cho machine learning.
  • i.MX RT (crossover): MCU hiệu năng cao dùng Cortex-M7, không có flash nội mà chạy code từ flash ngoài. i.MX RT1170 có Cortex-M7 ở 1 GHz và Cortex-M4 ở 400 MHz.

Công cụ chung là MCUXpresso (SDK, IDE và công cụ cấu hình).

Microchip

Microchip có danh mục rộng nhất ở phân khúc 8-bit, cộng thêm các dòng 32-bit sau khi mua lại Atmel:

  • AVR: core 8-bit từ Atmel, được biết đến rộng rãi qua Arduino Uno (ATmega328P).
  • PIC: PIC10 tới PIC18 (8-bit), PIC24 và dsPIC (16-bit, dsPIC có khối DSP cho điều khiển động cơ và nguồn), PIC32 (32-bit).
  • SAM: MCU Arm Cortex-M từ Atmel như SAM D (Cortex-M0+), SAM E (Cortex-M4F).

Công cụ chung là MPLAB X IDE và MPLAB Harmony.

Espressif ESP32

Espressif nổi bật với MCU tích hợp sẵn Wi-Fi và Bluetooth, giá thấp, và framework ESP-IDF xây dựng trên FreeRTOS. Các dòng chính:

  • ESP32: hai core Xtensa LX6 tới 240 MHz, Wi-Fi và Bluetooth Classic, Bluetooth LE.
  • ESP32-S3: hai core Xtensa LX7 tới 240 MHz, có lệnh vector cho xử lý AI, Wi-Fi và Bluetooth LE.
  • ESP32-C3, C6: chuyển sang core RISC-V. C6 hỗ trợ Wi-Fi 6, Bluetooth LE và 802.15.4 (Thread, Zigbee).
  • ESP32-H2: RISC-V, chỉ có Bluetooth LE và 802.15.4, không có Wi-Fi.
  • ESP32-P4: hai core RISC-V tới 400 MHz cộng một core tiêu thụ thấp, không có radio, hướng tới giao diện người dùng và camera. Board dùng P4 thường ghép thêm một chip ESP32-C6 để có kết nối không dây.

Nordic Semiconductor nRF

Nordic chuyên về MCU không dây tiêu thụ thấp, chủ yếu cho Bluetooth LE. SDK hiện tại là nRF Connect SDK, xây dựng trên Zephyr.

  • nRF52: Cortex-M4F, dòng phổ biến cho thiết bị Bluetooth LE.
  • nRF53: hai core Cortex-M33, một core chạy ứng dụng và một core chạy stack vô tuyến.
  • nRF54L, nRF54H: thế hệ mới. nRF54L15 có Cortex-M33 ở 128 MHz cộng một core RISC-V phụ dùng để mô phỏng ngoại vi bằng phần mềm.
  • nRF91: MCU tích hợp modem LTE-M và NB-IoT.

Raspberry Pi RP2040 và RP2350

Raspberry Pi tự thiết kế MCU cho board Pico. Đặc điểm riêng của hai chip này là khối PIO (programmable I/O), cho phép lập trình máy trạng thái để tự tạo giao thức I/O mà không chiếm CPU. SDK chính là Pico SDK (C/C++) và MicroPython.

  • RP2040: hai core Cortex-M0+ ở 133 MHz, 264 KB SRAM, không có flash nội.
  • RP2350: hai core Cortex-M33 hoặc hai core RISC-V Hazard3, chọn một trong hai cặp khi chạy, ở 150 MHz, 520 KB SRAM. Mã RP2354 có thêm 2 MB flash trong package.

Texas Instruments

  • MSP430: MCU 16-bit tiêu thụ cực thấp, thường dùng cho thiết bị chạy pin và đo lường.
  • MSPM0: dòng Cortex-M0+ giá rẻ, hướng tới thay thế MCU 8-bit và 16-bit.
  • SimpleLink CC13xx, CC26xx: MCU không dây sub-GHz và 2.4 GHz (Bluetooth LE, Thread, Zigbee).
  • C2000: MCU điều khiển thời gian thực cho động cơ và bộ chuyển đổi nguồn, dùng core C28x.

Renesas

Renesas là một trong các hãng MCU lớn ở mảng công nghiệp và ô tô, với ba dòng chính:

  • RA: Arm Cortex-M, dùng bộ công cụ Flexible Software Package (FSP).
  • RX: kiến trúc 32-bit riêng của Renesas.
  • RL78: MCU 16-bit tiêu thụ thấp.

Infineon

  • PSoC: dòng kế thừa từ Cypress, có khối analog và digital cấu hình được. PSoC 6 có hai core Cortex-M4 và M0+.
  • XMC: Cortex-M0 và M4 cho ứng dụng công nghiệp và điều khiển động cơ.
  • AURIX: core TriCore cho ô tô, đáp ứng yêu cầu an toàn chức năng.

Silicon Labs EFR32

EFR32 là dòng MCU không dây của Silicon Labs, hỗ trợ Bluetooth LE, Zigbee, Thread và Matter. Series 2 dùng core Cortex-M33. SDK là Simplicity SDK với IDE Simplicity Studio.

Các dòng giá rẻ từ Trung Quốc

  • GigaDevice GD32: nhiều mã tương thích chân và thanh ghi với STM32, cùng dòng GD32VF103 dùng core RISC-V.
  • WCH CH32V: MCU RISC-V giá rất thấp, ví dụ CH32V003. WCH còn có dòng CH32F dùng Cortex-M3.

Todo

Kiểm tra mức độ tương thích thực tế giữa GD32 và STM32 (thanh ghi, timing flash, errata) trước khi đưa nhận định vào trang.

Bảng so sánh tổng hợp

Hãng Dòng Core Kết nối không dây SDK chính Ứng dụng điển hình
ST STM32 (C0, F, G, L, U, H, N) Cortex-M0+ tới M55 Có ở WB, WL STM32Cube Đa dụng, công nghiệp, edge AI (N6)
NXP LPC, MCX, i.MX RT Cortex-M0+ tới M7 Có ở một số mã MCUXpresso Công nghiệp, HMI, audio
Microchip AVR, PIC, SAM 8-bit, 16-bit, Cortex-M Có ở một số mã MPLAB, Harmony Điều khiển đơn giản, điều khiển động cơ
Espressif ESP32, S3, C3, C6, H2, P4 Xtensa, RISC-V Wi-Fi, BLE, 802.15.4 (trừ P4) ESP-IDF IoT kết nối Wi-Fi
Nordic nRF52, nRF53, nRF54, nRF91 Cortex-M4F, M33, RISC-V phụ BLE, 802.15.4, LTE-M nRF Connect SDK Thiết bị BLE chạy pin
Raspberry Pi RP2040, RP2350 Cortex-M0+, M33, Hazard3 Không Pico SDK Học tập, I/O tùy biến bằng PIO
TI MSP430, MSPM0, CC13xx/26xx, C2000 16-bit, Cortex-M, C28x Có ở CC13xx/26xx MSPM0 SDK, SimpleLink, C2000Ware Đo lường, điều khiển động cơ
Renesas RA, RX, RL78 Cortex-M, RX, RL78 Có ở một số mã FSP, e² studio Công nghiệp, gia dụng
Infineon PSoC, XMC, AURIX Cortex-M, TriCore Có ở một số mã PSoC ModusToolbox Ô tô, công nghiệp
Silicon Labs EFR32 Cortex-M33 BLE, Zigbee, Thread Simplicity SDK Thiết bị Matter, smart home
GigaDevice, WCH GD32, CH32V Cortex-M, RISC-V Có ở một số mã SDK của hãng Sản phẩm cần giá thấp

Xu hướng hiện nay

Các xu hướng dưới đây được tổng hợp từ các sản phẩm đã nêu trong trang.

  • RISC-V trong MCU. RISC-V xuất hiện cả ở dòng giá rẻ (CH32V), dòng có radio (ESP32-C, ESP32-H), và ở vai trò core phụ (nRF54L) hoặc core thay thế (RP2350).
  • Bảo mật dựa trên Armv8-M. Các dòng mới dùng Cortex-M33 trở lên có TrustZone-M để tách firmware bảo mật khỏi ứng dụng (STM32U5, MCX, nRF53, nRF54, EFR32 Series 2).
  • Machine learning trên MCU. MCU bắt đầu tích hợp NPU hoặc lệnh vector: STM32N6 có NPU Neural-ART, MCX N có NPU eIQ Neutron, ESP32-S3 có lệnh vector, Cortex-M55 và M85 có Helium.
  • Radio đa giao thức cho Matter. Các dòng không dây mới hỗ trợ cả Bluetooth LE và 802.15.4 trên cùng một chip (ESP32-C6, ESP32-H2, nRF54, EFR32, STM32WB) để chạy Thread và Matter.
  • Zephyr làm nền chung. Nordic xây dựng SDK chính trên Zephyr, và Zephyr hỗ trợ board của hầu hết các hãng trong trang này.

Liên quan

Tài liệu tham khảo