Microprocessor en FPGA versus microcontrollers

Inleiding:

FPGA en microcontrollers vormen de basis van bijna alle elektrische projecten. In bijna alle elektrische apparaten zult u zeker een programmeerbare chip aantreffen die ervoor zorgt dat het apparaat goed functioneert. Maar wat is het verschil tussen een FPGA en een microcontroller? En hoe weet je welke beter voor jou is?

Een FPGA (Field Programmable Gate Array) is een type IC dat u na fabricage kunt programmeren, terwijl een microcontroller zijn eigen circuits en instructies vooraf heeft ingesteld. We zullen de kenmerken bespreken die de twee onderscheiden en hoe u die voor uw project kunt kiezen.

Verschil tussen een microprocessor en een microcontroller:

Ten eerste moet u het verschil weten tussen een microprocessor en een microcontroller, omdat ze vaak door elkaar worden gehaald. Een microprocessor is een geïntegreerd circuit dat wordt geleverd met een elektrisch apparaat zoals een CPU en is gebouwd voor verwerking. Deze chips hebben geen randapparatuur zoals RAM of ROM op de chip, maar worden in plaats daarvan buiten de chip geleverd, waardoor deze groter wordt. Aan de andere kant is de microcontroller zelf een computer met ingebouwde randapparatuur en is hij relatief kleiner. Microcontrollers zijn ontworpen om specifieke taken uit te voeren en de behoefte aan randapparatuur is daarom kleiner naarmate de taak wordt gespecificeerd. Microprocessors kunnen worden beschouwd als het hart van het systeem, terwijl microcontrollers embedded systemen aandrijven.

Microprocessors worden meestal gebruikt voor taken zoals videobewerking, game-ontwikkeling enz. terwijl microcontrollers complexere taken dekken. Microprocessors kunnen meestal verder gaan dan 1GHz, terwijl microcontrollers tot 30-50 MHz kunnen gaan. Ook microcontrollers zijn meestal goedkoper dan microprocessors. U kunt een microcontroller gebruiken in plaats van een microprocessor, maar het is vrij duur.

Microprocessoren

Microprocessors zijn relatief duurder vanwege de vele externe componenten die nodig zijn. Microcontrollers kunnen worden gebouwd met energiebesparende systemen, terwijl microprocessors een dergelijke functie niet hebben. Microcontrollers zijn gebaseerd op Harvard-architectuur met specifiek programmeer- en informatiegeheugen, terwijl microprocessors zijn gebouwd op het Von Neumann-model en gegevens en programmering worden opgeslagen in dezelfde geheugenmodule.

Verschil tussen FPGA en microcontrollers:

Microcontrollers en FPGA worden beide gebruikt om de outputwaarden te bewaken en de verwerking van een systeem te regelen. Maar ze hebben zeer grote verschillen. Een microcontroller is als een computer met zijn eigen geheugen, I/O-poorten en timers. Het kan eenvoudige taken uitvoeren namens andere hardware. Een FPGA is een type IC met miljoenen logische poorten en kan taken uitvoeren via geprogrammeerde logische poorten, ze hebben ook externe randapparatuur nodig om te functioneren. Een microcontroller kan worden geprogrammeerd met C, C++, terwijl de logische poorten op de FPGA worden geprogrammeerd met VHDL of Verilog. De microprocessor heeft een beperkte verwerkingskracht, terwijl de FPGA beperkte ruimte heeft.

Mimas V2 Spartan 6 FPGA-ontwikkelbord

FPGA's tonen flexibiliteit omdat ze elke taak kunnen uitvoeren waarvoor ze zijn geprogrammeerd in de logische poorten, en zelfs opnieuw kunnen worden bedraad om een ​​andere taak uit te voeren. Microcontrollers daarentegen zijn beperkt tot de taak waarmee ze zijn bedraad. Microprocessors verbruiken ook een programma regel voor regel in een reeks, terwijl FPGA's verschillende opdrachten tegelijkertijd kunnen verwerken.

Het is ook relatief eenvoudiger om codes voor een microcontroller te schrijven dan voor een FPGA. U kunt onderbrekingen in FPGA eenvoudig controleren door FSM's (Finite State Machines) te gebruiken, terwijl bij microcontrollers de tijd nodig is om de onderbrekingen te verhelpen. U kunt de FPGA eenvoudig herprogrammeren zonder de hardware aan te passen, terwijl de lay-out van de microcontroller moet worden aangepast in het silicium-geïntegreerde circuit.

FPGA-configuratie is ingewikkelder omdat u alle codes van de grond af aan moet compileren en ze vervolgens in machinetaal moet omzetten. Aan de andere kant zijn microcontrollers kant-en-klaar gebouwd om taken uit te voeren en zijn ze gemakkelijker te gebruiken en te configureren. Als we het hebben over programmeren, dan zijn microcontrollers relatief flexibeler, maar kunnen ze niet nauwkeurig worden aangepast via de hardware.

Stroomverbruik in FPGA en microcontrollers:

FPGA verbruikte relatief meer stroom in vergelijking met microcontrollers en is daarom niet geschikt voor alle systemen. FPGA's zijn ook niet zo efficiënt als componenten zoals ASIC's (Application Specific Integrated Circuits). Het herprogrammeren van een FPGA betekent ook inefficiëntie omdat het gebruik van logica laag wordt. Evenzo leiden ongebruikte transistoren tot meer stroomverbruik.

Maar de snelheid van FPGA's is hoger dan die van microcontrollers. Microcontrollers hebben lagere verwerkingssnelheden, maar verbruiken ook minder stroom en bieden zelfs energiebesparende modi. Sommige laten een slaapstroom van minder dan 1 µA toe en kunnen bij lage kloksnelheden bij een paar µA functioneren. In sommige gevallen kan een FPGA-systeem een ​​microcontroller op het bord gebruiken om de energie-efficiëntie te verhogen.

Conclusie:
Uw project kan zowel een microcontroller als een FPGA gebruiken. Maar als u een meer betaalbare keuze wilt, moet u microcontrollers kiezen. Evenzo, als u een meer flexibele en herprogrammeerbare optie wenst, moet u kiezen voor een FPGA.