Микропроцессор и ПЛИС в сравнении с микроконтроллерами

Введение:

ПЛИС и микроконтроллеры лежат в основе почти всех электрических проектов. Почти во всех электрических устройствах вы обязательно обнаружите установленный программируемый чип, который помогает этому устройству функционировать должным образом. Но в чем разница между FPGA и микроконтроллером? И как вы можете сказать, какой из них лучше для вас?

ПЛИС (программируемая пользователем вентильная матрица) — это тип микросхемы, которую можно запрограммировать после изготовления, в то время как микроконтроллер имеет свою собственную схему и инструкции, заданные заранее. Мы обсудим характеристики, которые отличают их друг от друга, и как выбрать тот, который подходит для вашего проекта.

Разница между микропроцессором и микроконтроллером:

Во-первых, вы должны знать разницу между микропроцессором и микроконтроллером, так как их часто путают. Микропроцессор — это интегральная схема, которая поставляется с электрическим устройством, таким как ЦП, и предназначена для обработки. Эти чипы не имеют периферийных устройств, таких как ОЗУ или ПЗУ, встроенных в чип, а вместо этого предоставляются вне чипа, что делает его более громоздким. С другой стороны, микроконтроллер сам по себе представляет собой компьютер со встроенными периферийными устройствами и сравнительно меньше. Микроконтроллеры предназначены для выполнения определенных задач, поэтому потребность в периферийных устройствах тем меньше, чем конкретнее задача. Микропроцессоры можно рассматривать как сердце системы, а микроконтроллеры — это то, что управляет встроенными системами.

Микропроцессоры обычно используются для таких задач, как редактирование видео, разработка игр и т. д., тогда как микроконтроллеры предназначены для решения более сложных задач. Частота микропроцессоров обычно превышает 1 ГГц, тогда как частота микроконтроллеров может достигать 30-50 МГц. Кроме того, микроконтроллеры обычно дешевле микропроцессоров. Вместо микропроцессора можно использовать микроконтроллер, но это довольно дорого.

Микропроцессоры

Микропроцессоры сравнительно дороже из-за необходимости использования нескольких внешних компонентов. Микроконтроллеры могут быть построены с системами энергосбережения, тогда как микропроцессоры лишены такой функции. Микроконтроллеры основаны на гарвардской архитектуре со специальной программной и информационной памятью, тогда как микропроцессоры построены на модели фон Неймана, а данные и программы хранятся в одном и том же модуле памяти.

Разница между ПЛИС и микроконтроллерами:

Микроконтроллеры и FPGA используются для мониторинга выходных значений и управления обработкой системы. Но у них есть очень резкие различия. Микроконтроллер подобен компьютеру со своей собственной памятью, портами ввода-вывода и таймерами. Он может выполнять простые задачи от имени другого оборудования. FPGA — это тип ИС с миллионами логических вентилей, которые могут выполнять задачи через запрограммированные логические вентили. Для работы им также требуются внешние периферийные устройства. Микроконтроллер можно запрограммировать с помощью C, C++, тогда как логические элементы на FPGA программируются с использованием VHDL или Verilog. Микропроцессор имеет ограниченную вычислительную мощность, тогда как FPGA имеет ограниченное пространство.

Плата разработки Mimas V2 Spartan 6 FPGA

ПЛИС демонстрируют гибкость, поскольку они могут выполнять любую задачу, для которой они запрограммированы в логических элементах, и даже могут быть перемонтированы для выполнения другой задачи. С другой стороны, микроконтроллеры ограничены задачей, с которой они связаны. Микропроцессоры также будут выполнять программу построчно в определенной последовательности, в то время как FPGA могут обрабатывать различные команды одновременно.

Кроме того, писать код для микроконтроллера сравнительно проще, чем для ПЛИС. Вы можете легко контролировать прерывания в FPGA с помощью FSM (автоматов конечных состояний), тогда как в микроконтроллерах для преодоления прерываний требуется время. Вы можете легко перепрограммировать FPGA, не внося изменений в аппаратное обеспечение, в то время как компоновка микроконтроллера должна быть изменена в кремниевой интегральной схеме.

Конфигурация FPGA более сложна, так как вам придется компилировать все коды с нуля, а затем преобразовывать их в машинный язык. С другой стороны, микроконтроллеры готовы к выполнению задач, их проще использовать и настраивать. Если говорить с точки зрения программирования, то микроконтроллеры сравнительно более гибкие, но не могут быть точно настроены аппаратно.

Потребляемая мощность в ПЛИС и микроконтроллерах:

FPGA потребляют больше энергии по сравнению с микроконтроллерами и поэтому подходят не для всех систем. FPGA также не так эффективны, как такие компоненты, как ASIC (специализированные интегральные схемы). Перепрограммирование FPGA также означает неэффективность, поскольку использование логики становится низким. Точно так же неиспользуемые транзисторы приводят к большему энергопотреблению.

Но скорость FPGA выше, чем у микроконтроллеров. Микроконтроллеры имеют более низкую скорость обработки, но потребляют меньше энергии и даже предлагают режимы энергосбережения. Некоторые допускают токи сна менее 1 мкА и могут работать при токе в несколько мкА при медленных тактовых частотах. В некоторых случаях система FPGA может использовать микроконтроллер на плате для повышения энергоэффективности.

Вывод:
В вашем проекте можно использовать как микроконтроллер, так и ПЛИС. Но если вы хотите более доступный выбор, вам следует выбрать микроконтроллеры. Точно так же, если вам нужен более гибкий и перепрограммируемый вариант, вам следует выбрать FPGA.