FPGA vs Microcontrôleur vs Microprocesseur : Différence et Comparaison

Le graphique de la croissance technologique dans le monde électronique a potentiellement augmenté. En revanche, les circuits intégrés ont transformé le monde de l'électronique. Qu'il s'agisse d'ordinateurs, de téléphones portables ou d'autres appareils électroménagers, vous l'appelez, ils sont devenus une partie obligatoire du ménage. Tout cela à cause de la petite taille et des circuits intégrés (CI) à faible coût. Les trois célèbres circuits intégrés, FPGA, microcontrôleur et microprocesseur, font bouger le monde électronique autour d'eux.

Faits marquants

1. Les FPGA sont hautement personnalisables, permettant un traitement parallèle et des configurations matérielles reprogrammables.
2. Les microcontrôleurs intègrent un processeur, une mémoire et des périphériques dans une seule puce, ce qui les rend idéaux pour les systèmes embarqués à faible consommation.
3. Les microprocesseurs sont des processeurs hautes performances à usage général qui nécessitent des composants externes, tels que de la mémoire et des périphériques d'entrée/sortie.

FPGA vs Microcontrôleur vs Microprocesseur

Les FPGA sont des circuits intégrés qui offrent une flexibilité mais ont un espace limité. Le microprocesseur est un appareil électronique qui effectue des opérations arithmétiques et logiques mais qui a une puissance de traitement limitée. Un microcontrôleur est une seule puce intégrée limitée à la tâche avec laquelle elle est câblée.

FPGA signifie réseau de portes programmable sur site. C'est un circuit intégré avec des portes logiques que l'utilisateur peut reprogrammer selon ses besoins. Par conséquent, le nom programmable sur site est utilisé. Le FPGA est configuré à l'aide du langage de description de matériel (HDL).

Un microcontrôleur est également appelé un petit ordinateur sur une seule puce IC. Il contient un ou plusieurs cœurs de processeur avec mémoire et périphériques programmables. L'idée derrière la conception des microcontrôleurs est leur application sous forme embarquée.

Un microprocesseur est également un processeur informatique monopuce avec contrôle et logique de traitement des données. Le microprocesseur gère les fonctions réalisées par l'unité centrale de traitement. Il contient des circuits arithmétiques, logiques et de contrôle pour effectuer les tâches requises.

Tableau de comparaison

Paramètres de comparaison	FPGA	Microcontrôleurs	Microprocesseur
Exécution des tâches	FPGA exécute toutes les tâches en parallèle	Les microcontrôleurs exécutent les tâches une par une	Le microprocesseur exécute les tâches en séquence
Périphériques	Pas de périphériques intégrés mais contient des portes logiques	Périphériques intégrés	Pas de périphériques intégrés
Flexibilité des tâches	Peut effectuer n'importe quelle tâche	Effectue des tâches spécifiques	Effectue des tâches spécifiques
Structure matérielle	Non fixe	Fixé	Fixé
Puissance de calcul	Haute	Moyenne	limité

Qu'est-ce que FPGA?

FPGA signifie réseau de portes programmable sur le terrain. C'est un circuit intégré utilisé dans de nombreux appareils électroniques. Comme leur nom l'indique, ces circuits intégrés sont reprogrammables. L'utilisateur peut le configurer en fonction de ses tâches requises.

Le FPGA possède plusieurs portes logiques. Celles-ci peuvent fonctionner comme de simples portes logiques, par exemple AND et XOR, et peuvent également être configurées pour exécuter des fonctions complexes avec des combinaisons. La plupart des FPGA incluent des éléments de mémoire.

Les FPGA peuvent démarrer le développement de logiciels système en parallèle avec le matériel. Ils peuvent permettre la simulation de performances très tôt dans le développement. Ils permettent également de nombreux essais système et itérations de conception avant l'architecture finale.

L'utilisateur, sous la forme d'un langage de description matérielle HDL ou d'une conception schématique, définit le comportement du FPGA. HDL convient aux grandes structures, tandis que le schéma permet une visualisation plus facile d'une conception et de ses modules.

La conception du FPGA est simulée sur plusieurs étapes dans un flux de conception. Le FPGA peut être utilisé pour résoudre n'importe quel problème informatique. Ils sont plus rapides pour certaines applications en raison de leur nature de fonctionnement parallèle.

Qu'est-ce qu'un microcontrôleur?

Un microcontrôleur est un circuit intégré monopuce. La mémoire comme la RAM ferroélectrique, le flash NOR ou la ROM OTP est également incluse dans la puce. Une petite quantité de RAM peut également être trouvée.

Les microcontrôleurs sont conçus pour les applications embarquées. Ceux-ci sont utilisés dans les appareils contrôlés automatiquement. Par exemple, les dispositifs médicaux implantables, les systèmes de contrôle des moteurs automobiles, les appareils électroménagers, les machines de bureau, les télécommandes, les jouets, les outils électriques et autres dispositifs intégrés.

 Les microcontrôleurs ont une mémoire intégrée et des dispositifs d'entrée/sortie, ce qui les rend de taille réduite et économiques pour contrôler plus de dispositifs. Les microcontrôleurs sont populaires et économiques dans la collecte de données, la détection et l'actionnement en tant que dispositifs de périphérie.

Les microcontrôleurs ont une faible consommation d'énergie. Ils peuvent fonctionner à des fréquences aussi basses que 4 kHz. Généralement, ils peuvent conserver leur fonctionnalité pendant l'attente d'un événement. Ils sont adaptés aux applications de batterie longue durée. Seuls certains des microcontrôleurs ont la fonctionnalité d'un convertisseur numérique-analogique (DAC). Cela permet au processeur de produire des signaux analogiques ou des niveaux de tension.

Qu'est-ce qu'un microprocesseur?

Un microprocesseur est une puce informatique avec un ou plusieurs circuits intégrés. Il peut interpréter et exécuter des instructions de programmation et également effectuer des opérations arithmétiques.

Il s'agit d'un processeur piloté par horloge qui accepte des données binaires en entrée, puis traite ces données selon les instructions stockées dans sa mémoire et donne la sortie sous forme binaire. Ils contiennent à la fois une logique combinatoire et une logique numérique séquentielle.

Ces circuits intégrés sont produits par un processus de fabrication de métal-oxyde-semi-conducteur (MOS) hautement automatisé. Ils ont un prix unitaire bas et une fiabilité accrue en raison du moindre échec de connexion.

Il y avait beaucoup d'articles qui n'étaient pas liés à l'informatique et qui avaient encore des microprocesseurs. Ceux-ci comprennent les appareils électroménagers, les véhicules et leurs accessoires, les jouets, les interrupteurs/gradateurs d'éclairage, les outils et instruments, les disjoncteurs électriques, les avertisseurs de fumée, les blocs-piles et les composants audiovisuels.

Depuis que la capacité du microprocesseur augmente, il a presque rendu obsolète les autres formes d'ordinateurs du marché informatique.

Différences principales entre FPGA et microcontrôleur et microprocesseur

1. Le FPGA est un circuit programmable sur le terrain, contrairement au microcontrôleur et au microprocesseur.
2. Le FPGA peut effectuer de nombreuses tâches selon les exigences de l'utilisateur, tandis que le microcontrôleur et le microprocesseur ne peuvent effectuer que des tâches spécifiées configurées par le fabricant.
3. Les microcontrôleurs peuvent être construits avec un système d'économie d'énergie, alors que les microprocesseurs et les FPGA ne disposent pas d'une telle fonctionnalité.
4. Les FPGA sont programmés à l'aide Vhdl, et les microcontrôleurs sont programmés en C ou C++, et les microprocesseurs sont programmés en langage assembleur.
5. La consommation d'énergie du FPGA est la plus élevée par rapport aux microcontrôleurs et aux microprocesseurs.

Bibliographie

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6708541/
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141933199000630

Dernière mise à jour : 29 juillet 2023