MCU與MPU的差異:微控制器與微處理器比較

微控制器(MCU)將處理器、快閃記憶體、RAM,以及計時器、ADC、通訊介面等周邊功能整合在一顆晶片中,只靠一顆晶片就能運作小型系統。微處理器(MPU)主要是高速的處理器,需要外接DRAM與儲存裝置,多半執行Linux這類完整的作業系統。MCU適合簡單、低耗電的即時控制,MPU則適合複雜、軟體資源豐富的裝置。

項目MCUMPU
整合度將CPU、快閃記憶體、RAM與周邊功能(GPIO、計時器、ADC、UART、SPI、I2C)整合在一顆晶片中以具備快取與MMU的CPU核心為主。DRAM與儲存裝置為外接的晶片
時脈約1 MHz到數百MHz數百MHz到數GHz
記憶體晶片內的快閃記憶體為數KB〜數MB,SRAM為數KB〜數MB外接的DRAM(數百MB〜數GB),以及eMMC或SD等儲存裝置
軟體不使用作業系統的程式碼,或小型即時作業系統(FreeRTOS、Zephyr等)Linux或Android等完整的作業系統
即時性容易預測。中斷延遲為微秒等級在Linux上,若無即時性擴充,很難保證
耗電量非常小。休眠時為微安培等級。有時一顆鈕扣電池可運作數年大。數百毫瓦到數瓦
開機時間一瞬間(毫秒)數秒。需要啟動開機載入程式與作業系統
成本與電路板晶片便宜,電路板也簡單,外接零件少晶片昂貴,還需要DRAM與電源用的晶片。電路板為多層且複雜
主要用途家電、馬達控制、感測器、穿戴式裝置、車用ECU智慧型手機、平板電腦、機上盒、路由器、工業用觸控面板、車用資訊娛樂系統
範例STM32、ESP32、RP2040、Arduino的電路板NXP i.MX、TI Sitara等應用處理器,以及Raspberry Pi的晶片

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

MCU
工作內容為控制與感測,需要非常低的耗電量與快速啟動,且程式能放進晶片內的記憶體時。
MPU
需要豐富的使用者介面、網路、檔案系統,或依賴作業系統的大型軟體時。
兩者並用
也有許多產品結合兩者。由MPU執行使用者介面與應用程式,由MCU負責對時間要求嚴格的控制與電源管理。

常見問題

微控制器(MCU)與微處理器(MPU)有什麼差異?

微控制器將CPU、快閃記憶體、RAM與周邊功能整合在一顆晶片中,只靠一顆晶片就能運作小型系統。微處理器主要是CPU,需要外接DRAM與儲存裝置,多半執行Linux等作業系統。

Raspberry Pi是微控制器嗎?

不是。Raspberry Pi使用微處理器等級的晶片與外接記憶體,並執行Linux。Raspberry Pi Pico則是微控制器的電路板。

哪一種耗電量比較小?

微控制器。休眠時為微安培等級,有時一顆鈕扣電池可運作數年。微處理器則為數百毫瓦到數瓦。

微控制器能執行Linux嗎?

一般不能。因為Linux需要MMU,以及比一般微控制器多得多的記憶體。微控制器執行的是不使用作業系統的程式碼,或小型即時作業系統。

相關名詞的解說

微控制器
將 CPU、記憶體,以及計時器與 ADC 等周邊功能整合於 1 顆晶片的小型電腦。嵌入家電與汽車等設備中,負責控制。也稱為 MCU。
GPIO(通用輸入輸出)
通用輸入輸出(General Purpose Input/Output)的接腳。可由軟體設定為輸入或輸出,用於讀取開關與點亮 LED 等。
中斷
回應外部裝置的請求等,暫時中止執行中的處理,優先進行對應處理的 CPU 機制。結束後回到原本的處理。

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