FPGA vs mikrokontrolér: Rozdíl a srovnání

Procesor je počítačový čip, který provádí výpočty. Dělá všechna logická rozhodnutí, která jsou všemi úkoly počítače, od těch nejpřímějších, jako je otevírání oken, až po ty nejsložitější, jako je dokončení 3D animace.

Proto se procesor nazývá mozek počítače. Pomocí základní desky je váš procesor propojen se všemi ostatními součástmi vašeho systému.

Úkolem procesoru je přijímat vstupní data, zpracovávat je a poskytovat výstupní data. FPGA (Field Programmable Gate Arrays) a mikrokontroléry jsou dvě nejběžnější volby mezi všemi procesory.

Key Takeaways

1. FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) jsou rekonfigurovatelné integrované obvody s programovatelnými logickými bloky, které umožňují vysoce paralelní zpracování. Mikrokontroléry jsou přitom jednočipové počítače s pevnou architekturou určené pro konkrétní úlohy.
2. FPGA nabízejí rychlejší výkon a větší flexibilitu v designu, ale jsou dražší a spotřebovávají více energie než mikrokontroléry.
3. Mikrokontroléry jsou vhodné pro jednoduché, levné aplikace, zatímco FPGA jsou ideální pro složité, vysoce výkonné úlohy vyžadující přizpůsobení nebo rychlé prototypování.

FPGA vs mikrokontrolér

Rozdíl mezi FPGA a Microcontroller je, že FPGA nemá definovanou hardwarovou strukturu a je nejvhodnější pro úlohy vyžadující vysoké rychlosti zpracování. Naproti tomu mikrokontroléry mají hardwarovou strukturu nejvhodnější pro provádění základních úkolů.

FPGA jsou integrované obvody, které si uživatelé mohou přizpůsobit podle svých požadavků. Obsahují několik logických bloků, které lze snadno konfigurovat pomocí jazyků s vysokým popisem.

Tento procesor se skládá z logických bloků, vstupů/výstupů a konfigurovatelných logických bloků.

Mikrokontroléry jsou v podstatě samy o sobě minipočítače. Několik vstupních/výstupních zařízení je namontováno na malém čipu, který obsahuje paměť a procesor.

Jsou zodpovědní za správu součástí systému, jako jsou senzory, paměť, displej atd. 

Srovnávací tabulka

Parametry srovnání	FPGA	Mikrokontrolér
Definice	FPGA jsou flexibilnější, protože umožňují přeprogramování hardwaru i firmwaru.	Mikrokontroléry jsou určeny pro provádění jednoduchých úkolů, které nevyžadují tak vysokou úroveň výpočetního výkonu.
Flexibilita	Programování je dostupnější a zabere méně času.	Mikrokontroléry jsou méně flexibilní, protože umožňují pouze přeprogramování firmwaru.
Zpracování	FPGA jsou schopné paralelního zpracování.	Mikrokontroléry jsou omezeny na sekvenční zpracování.
Spotřeba energie	FPGA mohou provádět paralelní zpracování.	Mikrokontrolér může provádět pouze sekvenční zpracování.
Stát	Implementace FPGA je dražší.	Implementace mikrokontrolérů je relativně levná.
Programování	Programování je trochu komplikované a časově náročné.	Programování je jednodušší a zabere méně času.

Co je to FPGA?

FPGA jsou integrované obvody, které lze kdykoli upravit na základě požadavků uživatele. Ke snadné konfiguraci logických bloků lze použít jazyk s vysokým popisem.

Tento procesor má různé součásti, včetně logických bloků, vstupních/výstupních bloků a konfigurovatelných logických bloků.

FPGA zvládají úkoly vyžadující vysokou rychlost a složitost zpracování. FPGA poskytují větší flexibilitu, protože je lze přeprogramovat v hardwaru a firmwaru.

FPGA umožňují paralelní zpracování současným spouštěním identických operací, protože tisíce řídicích logických bloků pracují současně.

Díky tomu umělá inteligence a snadné zpracování obrazu. FPGA spotřebovávají hodně energie. Proto se nedoporučuje pro úkoly, které rychle vybíjejí energii.

Programování an FPGA je trochu komplikované a časově náročné, protože uživatel musí psát každý program od začátku. Náklady na implementaci FPGA jsou vysoké.

Co je to mikrokontrolér?

Mikrokontrolér je v podstatě malý počítač sám o sobě. Vstupní a výstupní zařízení jsou osazena na malém čipu, který obsahuje paměť a CPU.

Jsou zodpovědní za správu součástí systému, jako jsou senzory, paměť, displeje atd.

Mikrokontroléry se programují pomocí jazyků vyšší úrovně jako např JavaScript, Python a C. Pomocí těchto jazyků; mikrokontroléry mohou instruovat ostatní komponenty k provozu. 

Mikrokontroléry jsou navrženy tak, aby zvládaly jednoduché úkoly, které nevyžadují tak vysokou úroveň výpočetního výkonu. Vzhledem k tomu, že je možné pouze přeprogramovat firmware, jsou mikrokontroléry méně flexibilní.

Jejich implementace je relativně levná. Mikrokontroléry jsou omezeny na sekvenční zpracování. Zpracovává tedy příkazy, které uživatel zadává, jeden řádek po druhém.

Vzhledem k tomu, že to trvá dlouho, je provádění jakéhokoli úkolu na mikrokontroléru trochu pomalé. Z tohoto důvodu se nedoporučuje provádět výkonné úkoly.

Programování mikrokontrolérů je snadné, protože uživatel si může zakoupit předem připravené balíčky. Každý program je navržen tak, aby vykonával určitou funkci.

Programování mikrokontroléru je dostupnější a méně časově náročné.

Hlavní rozdíly mezi FPGA a mikrokontrolérem

1. FPGA se nejlépe hodí pro složité úlohy vyžadující vysokou rychlost zpracování, zatímco mikrokontroléry se používají pro jednoduché úlohy, které nevyžadují vysoké rychlosti zpracování.
2. An FPGA má vysoký stupeň flexibility a umožňuje uživateli přeprogramovat jeho hardware a firmware. Naproti tomu mikrokontrolér má omezenou flexibilitu, protože vyžaduje, aby uživatel pouze přeprogramoval firmware.
3. FPGA mohou paralelně zpracovávat, zatímco mikrokontroléry jsou omezeny na sekvenční zpracování.
4. FPGA vyžadují k provozu hodně energie, zatímco mikrokontroléry lze provozovat s relativně nízkým výkonem.
5. FPGA jsou časově náročné a komplikované na programování, takže jejich implementace stojí více, zatímco mikrokontroléry lze implementovat relativně levně, protože programování je mnohem jednodušší.

Reference

1. https://www.mdpi.com/608460
2. https://openarchive.nure.ua/handle/document/4955

Poslední aktualizace: 13. července 2023