黃大偉理財研究室

MCU是什麼？MPU是什麼？MCU、MPU有何不同？

MCU是什麼

MCU（micro-controller unit, MCU）的中文是微控制器，MCU無所不在，不論是智慧家電（冰箱、冷氣、洗衣機、攝錄影機等）、兒童玩具、汽車、健康醫療儀器、電腦及伺服器、照明節能、電梯、交通號誌控制等，皆是利用到微控制器而實現達到自動化目的。

MCU是把中央處理器、程式記憶體-唯讀記憶體(ROM)或快閃記憶體(Flash)、資料記憶體-隨機存取記憶體(RAM)、定時/計數器（timer/counter）、各種用來與週邊裝置進行通信的輸入/輸出埠等都整合在單一的積體電路晶片上的微型計算機。 MCU一般也稱為單晶片微電腦（single-chip microcomputer）。

根據處理能力的不同，MCU根據匯流排或資料暫存器的寬度，分為4位元、8位元、16位元和32位元單晶片。其中位元數是指MCU 資料暫存器的寬度。4位元單晶片多用於冰箱、洗衣機、微波爐等家電控制中；8位元、16位元單晶片主要用於一般的控制領域，一般不使用作業系統；32位元用於網路操作、多媒體處理等複雜處理的場合，一般要使用嵌入式作業系統(Linux)。

MCU 的記憶體用於存儲程序代碼(program code)和數據(data)。 記憶體有兩種主要類型：ROM 和 RAM。

大部分目前巿面上的 MCU 使用Flash代替 ROM。 與 ROM 一樣，Flash即使在斷電時也會保留其內容。 與 ROM 不同，此Flash的內容可以被運行的程式重新寫入。

MCU 使用內建的Flash memory及內建的RAM來執行程式及儲存資料，因此MCU 的開機時間可以非常短，執行程式的速度可以很快，但使用內建的快閃記憶體的最大限制是就是可用內建的記憶體空間是有限的。

MCU大多搭載RTOS(即時作業系統)如 FreeRTOS或運行裸機代碼(bare metal C)，而非Linux OS。

MCU另一個重要的優點只要只需要單一電壓大小的電源供應，如3.3V。

在 MCU 中，程式的控制流程可以通過不需要作業系統的簡單的Loop和狀態機(state machines)，或透過RTOS(即時作業系統)如 FreeRTOS進行控制。 在 MPU 系統中，通常需要一個相當複雜的操作系統（如 Linux 、網絡等）

大多數現代電子設備都包含一個或多個 MCU。 事實上，MCU 無處不在。 那麼，MCU 在所有這些設備中到底在做什麼呢？

圖 MCU Structure （from Renesas)

 MCU 接收來自按鈕、開關、傳感器和類似組件的輸入, 並根據預先寫入MCU記憶體內的程式來控制週邊電路（例如馬達和顯示器）。

MPU是什麼

MPU (Micro-processor Unit)的中文是微處理器，MPU 通常沒有內建的記憶體( Flash或 RAM)，使用外部記憶體來儲存資料及運行程式。程序碼通常儲存Flash中，並在啟動時把程式碼搬動到到外部 DRAM 中，然後開始執行。這意味著 MPU 無法像 MCU 那樣可以快速啟動和執行程式，但是優點連接到處理器的 外接DRAM 和Flash的大小可以在幾百MB~ GB的範圍。在電源供應的要求上，MCU 只需要一個單一的電壓電源，但MPU 則需要多個用於內核、DDR 等的不同電源電壓。開發人員通常在系統電路板上加入額外的電源 IC/轉換器來滿足這一要求。

和MCU不同，在 MCU 的程式的控制流程可以搭載RTOS(即時作業系統)或運行裸機代碼(bare metal C)即可完成。 在 MPU 系統中，通常需要一個相當複雜的操作系統（如 Linux 、網絡等）

新推出微處理器（MPU）的工作頻率也愈來愈高，和通用的x86中央處理器（CPU）已無明顯差異，智慧型手機、平板電腦的功能也愈來愈接進個人電腦。