【你所不知道的Arduino】Arduino到底是什麼? MCU又是什麼?

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基於看過很多學校同學、老師甚至是從業工程師對於Arduino及MCU都有著不少誤解，所以分享此篇文章

Q:  Arduino到底是什麼?

•  Arduino是現今在學生或maker界之間很流行的一種搭載微控制器(單晶片微電腦)的電路板(專業一點來說其實是一種開發板，也就是開發階段所用的平台，所以許多腳位都拉出來，也因為這樣就有相對應的PCB面積)的系列的名稱(包含其軟體，函數庫與工具)，因其應用軟體介面之完整度與其搭配的硬體之整合度極高，可讓開發者在不必深入了解底層硬體驅動步驟原理的情況下，而直接透過比較直觀的方式操控微電腦，所以相當盛行。即便是非電機電子資工背景的人，在大多數的狀況下，只要受過基礎教學訓練，亦可利用Arduino做出一些簡單的微電腦應用

• Arduino是很方便的工具，但背後的原理仍然很重要，需要注意，很多人會忽略這點，以為東西會動就代表自己會MCU韌體開發了，但其實可能完全不瞭解較深入的背後原理，其實若多理解背後原理，再來使用Arduino，那麼在使用上將會如虎添翼

• 此外，Arduino的軟硬體都是開源(Open Source)，其實很值得鑽研應用層底下的這些library和硬體電路設計，可以學到很多東西，只可惜很多人都只拿它來做簡單的應用，沒有看到更深入、更有價值的學習及探討層面，也因為Arduino有著簡單易用的外表，所以很多學校老師都誤以為Arduino只能讓學生做雛形，其實不然，事實上Arduino上面的ATMEGA328 MCU從很早期(至少十幾年前)就已經被使用在許多產品的開發上，只是當時這款MCU還沒有Arduino這層外衣

• 板子上面是以 MCU(微控制器)為主要核心元件，下面會針對MCU做說明

• 承上，因為微控制器(MCU)本來主要就是要被用在硬體控制領域(例如控進馬達、驅動電路等等)，所以它的規格(位元數、時脈等)本來就不用太強，但也常因此而被許多不了解的人所誤會(以為MCU很慢所以就很LOW很簡單，其實這完全是錯誤的認知)

Q:  MCU到底是什麼?

• 微控制器(Microcontroller Unit, MCU)，等同一顆小電腦(麻雀雖小五臟俱全)，內含CPU、記憶體以及基本周邊單元(當然也有很多不僅有基本周邊的較高級MCU)

• 早期大多負責做少量資料運算處理的應用(如對外部硬體電路驅動)。但近十幾年來也有可用在網路/多媒體應用、相對較接近大型SoC規模的微控制器出現(這類MCU的CPU大多有MMU，可跑Linux之類的較大型OS)。

• MCU在早期又常被稱為 單晶片微電腦 (Single-Chip Microcomputer)，因為已經具備被稱為電腦的條件。

• 許多人會將微控制器混淆成微處理機/微處理器。嚴格來說，這說法是錯的，為什麼呢? 因為傳統的general微處理機(或微處理器)主要指的其實是針對CPU單元封裝而成的chip(如8086或Z80)，並沒有包含各式週邊單元與記憶體單元，可以參考Wikipedia的內容: A microprocessor is a computer processor that incorporates the functions of a central processing unit on a single integrated circuit (IC)。
  
  而微控制器(Microcontroller)則是除了CPU (Central Processing Unit)之外，還有包含周邊、記憶體單元等，都整合在一顆chip上，所以才叫做單晶片微電腦，早期因為大多被用在硬體控制領域 (而不是處理例如網路多媒體這種進行大量資料運算處理的領域。讀者可自行對照樹莓派那類的硬體狀況去思考一下)，所以也稱為微控制器。
  
  此外也要注意一下: MCU與SoC這類的平台有時也被稱之為「嵌入式微處理器」，英文是Embedded Microprocessor，例如Atmel/Microchip公司的SAM9G20或者ST公司的STM32MP1(ST的MPU系列是屬於這裡所說的Embedded Microprocessor)，但這些並不是傳統的「微處理器」或「微處理機」。因為時代的演進促進平台的多元化，容易使人混淆，導致這些名詞之間不論是在許多書籍或網路資料中都常被混淆解釋，當然這些名詞的定義也有過少數爭議)。

• 很多款Arduino板子上面的MCU款式名稱為ATMEGA328(如Uno、Fio、Nano、Mini...等等)，當然後來Arduino系列也有出上面搭載別款MCU的板子(如Arduino DUE是搭載Atmel SAM3X8E的MCU)

我們以ATMEGA328 MCU內部架構圖為例(如下圖)，我們可以看到這顆MCU內部有CPU、記憶體單元和周邊單元，而連間這之間的排線即為匯流排單元(灰色粗箭頭的部分)

延伸文章: MPU/MCU/Embedded Microprocessor/Embedded Processor名詞定義探討與整理


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