MCU vs. MPU: Mikrocontroller und Mikroprozessor im Vergleich

Ein Mikrocontroller (MCU) vereint Prozessor, Flash-Speicher, RAM und Peripherie wie Timer, ADCs und Kommunikationsschnittstellen auf einem Chip und kann so ein komplettes kleines System allein betreiben. Ein Mikroprozessor (MPU) ist vor allem ein schnellerer Prozessor, der externes DRAM und Speicher benötigt und meist ein vollständiges Betriebssystem wie Linux ausführt. MCUs eignen sich für einfache, stromsparende Echtzeitsteuerung, MPUs für komplexe, softwarereiche Geräte.

AspektMCUMPU
IntegrationCPU, Flash, RAM und Peripherie (GPIO, Timer, ADC, UART, SPI, I2C) auf einem ChipCPU-Kerne mit Caches und einer MMU; DRAM und Speicher sind externe Chips
TaktfrequenzEtwa 1 MHz bis einige hundert MHzHunderte MHz bis mehrere GHz
SpeicherKilobyte bis einige Megabyte On-Chip-Flash und Kilobyte bis Megabyte SRAMExternes DRAM (hunderte MB bis GB) und Speicher wie eMMC oder SD
SoftwareBare-Metal-Code oder ein kleines Echtzeitbetriebssystem (wie FreeRTOS oder Zephyr)Ein vollständiges Betriebssystem wie Linux oder Android
EchtzeitverhaltenVorhersagbar, mit Interrupt-Latenzen im MikrosekundenbereichUnter Linux ohne Echtzeiterweiterungen schwerer zu garantieren
LeistungsaufnahmeSehr niedrig: Mikroampere im Ruhezustand, eine Knopfzelle kann Jahre haltenHöher: hunderte Milliwatt bis Watt
BootzeitSofort, in MillisekundenSekunden, da ein Bootloader und das Betriebssystem starten müssen
Kosten und PlatinenentwurfGünstiger Chip, einfache Platine, wenige externe BauteileTeurerer Chip plus DRAM und Stromversorgungs-Chips sowie eine komplexe Mehrlagenplatine
Typische EinsatzgebieteHaushaltsgeräte, Motorsteuerung, Sensoren, Wearables, Steuergeräte im AutoSmartphones, Tablets, Set-Top-Boxen, Router, industrielle Touchscreens, Infotainment
BeispieleSTM32, ESP32, RP2040, Arduino-BoardsAnwendungsprozessoren wie NXP i.MX, TI Sitara und der Chip im Raspberry Pi

Die Zahlenangaben sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.

Wann welches einsetzen

MCU
Wenn die Aufgabe aus Steuern und Messen besteht, Sie sehr geringen Stromverbrauch und sofortigen Start brauchen und das Programm in den On-Chip-Speicher passt.
MPU
Wenn Sie eine umfangreiche Benutzeroberfläche, Netzwerkfunktionen, ein Dateisystem oder große Software-Stacks brauchen, die auf ein Betriebssystem angewiesen sind.
Beide
Viele Produkte kombinieren beide: Eine MPU führt die Benutzeroberfläche und die Anwendungen aus, während eine MCU zeitkritische Steuerung und Energieverwaltung übernimmt.

FAQ

Was ist der Unterschied zwischen einem Mikrocontroller und einem Mikroprozessor?

Ein Mikrocontroller integriert CPU, Flash, RAM und Peripherie auf einem Chip und betreibt ein kleines System allein. Ein Mikroprozessor ist im Wesentlichen die CPU, benötigt externes DRAM und Speicher und führt meist ein Betriebssystem wie Linux aus.

Ist der Raspberry Pi ein Mikrocontroller?

Nein. Der Raspberry Pi verwendet einen Chip der Mikroprozessor-Klasse mit externem Speicher und führt Linux aus. Der Raspberry Pi Pico ist ein Mikrocontroller-Board.

Was verbraucht weniger Strom?

Ein Mikrocontroller. Er kann mit Mikroampere im Ruhezustand verharren und jahrelang mit einer Knopfzelle laufen, während ein Mikroprozessor hunderte Milliwatt bis Watt zieht.

Kann ein Mikrocontroller Linux ausführen?

Im Allgemeinen nein, da Linux eine MMU und deutlich mehr Speicher braucht, als eine typische MCU hat. Mikrocontroller führen meist Bare-Metal-Code oder ein kleines Echtzeitbetriebssystem aus.

Wichtige Begriffe erklärt

Mikrocontroller (MCU)
Kleiner Computer, der CPU, Speicher und Peripherie wie Timer und ADCs auf einem Chip vereint. Er steckt in Haushaltsgeräten, Fahrzeugen und anderen Geräten und steuert sie. Auch MCU genannt.
GPIO
General-Purpose Input/Output: Mikrocontroller-Pins, die per Software als Ein- oder Ausgänge konfiguriert werden können, etwa zum Einlesen von Schaltern oder zum Ansteuern von LEDs.
Interrupt (Unterbrechung)
CPU-Mechanismus, der die laufende Aufgabe kurz anhält, um eine Anforderung, etwa von einem externen Gerät, zu bearbeiten, und danach zur ursprünglichen Aufgabe zurückkehrt.

Weitere Vergleiche