FPGA vs mikrokontroler vs mikroprocesor: razlika i usporedba

Grafikon tehnološkog rasta u elektroničkom svijetu potencijalno se povećao. Nasuprot tome, integrirani sklopovi transformirali su svijet elektronike. Bilo da se radi o računalima, mobitelima ili drugim kućanskim aparatima, kako god, postali su obvezni dio kućanstva. Sve zbog male veličine i jeftinih integriranih krugova (IC). Tri poznata IC-a, FPGA, mikrokontroler i mikroprocesor, pokreću elektronički svijet oko sebe.

Ključni za poneti

1. FPGA su visoko prilagodljivi, omogućujući paralelnu obradu i reprogramabilne hardverske konfiguracije.
2. Mikrokontroleri integriraju procesor, memoriju i periferne uređaje u jednom čipu, što ih čini idealnim za ugrađene sustave niske potrošnje.
3. Mikroprocesori su CPU-i opće namjene visokih performansi koji zahtijevaju vanjske komponente, poput memorije i ulazno/izlaznih uređaja.

FPGA vs mikrokontroler vs mikroprocesor

FPGA su integrirani krugovi koji pružaju fleksibilnost, ali imaju ograničen prostor. Mikroprocesor je elektronički uređaj koji izvodi aritmetičke i logičke operacije, ali ima ograničenu snagu obrade. Mikrokontroler je jedan integrirani čip ograničen na zadatak s kojim je povezan.

FPGA označava niz vrata koji se može programirati poljem. To je integrirani krug s logičkim vratima koje korisnik može reprogramirati prema svojim zahtjevima. Stoga se koristi naziv field-programmable. The FPGA je konfiguriran pomoću jezika za opis hardvera (HDL).

Mikrokontroler se također naziva malo računalo na jednom IC čipu. Sadrži jednu ili više procesorskih jezgri s memorijom i programabilnim periferijama. Ideja iza dizajna mikrokontrolera je njihova primjena u ugrađenom obliku.

Mikroprocesor je također računalni procesor s jednim čipom s kontrolom obrade podataka i logikom. Mikroprocesor upravlja funkcijama koje obavlja središnja procesorska jedinica. Sadrži aritmetičke, logičke i upravljačke sklopove za obavljanje potrebnih zadataka.

Tabela za usporedbu

Parametri usporedbe	FPGA	mikrokontrolera	Mikroprocesor
Izvršenje zadataka	FPGA sve zadatke izvršava paralelno	Mikrokontroleri izvršavaju zadatke jedan po jedan	Mikroprocesor izvršava zadatke u nizu
Periferija	Nema ugrađene periferije, ali sadrži logička vrata	Ugrađeni periferni uređaji	Nema ugrađene periferije
Fleksibilnost zadataka	Može obaviti bilo koji zadatak	Obavlja specifične zadatke	Obavlja specifične zadatke
Hardverska struktura	Nefiksno	fiksni	fiksni
Snaga procesiranja	visok	Srednji	ograničen

Što je FPGA?

FPGA je kratica za field-programmable gate array. To je integrirani krug koji se koristi u brojnim elektroničkim uređajima. Kao što naziv otkriva, ovi IC-ovi su reprogramabilni. Korisnik ga može konfigurirati prema svojim zadacima.

FPGA ima više logičkih vrata. Oni mogu funkcionirati kao jednostavna logička vrata, na primjer, AND i XOR, a također se mogu konfigurirati za izvođenje složenih funkcija s kombinacijama. Većina FPGA uključuje memorijske elemente.

FPGA mogu pokrenuti razvoj softvera sustava paralelno s hardverom. Oni mogu omogućiti simulaciju performansi vrlo rano u razvoju. Također omogućuju brojna ispitivanja sustava i iteracije dizajna prije konačne arhitekture.

Korisnik, u obliku jezika za opis hardvera HDL ili shematskog dizajna, definira ponašanje FPGA. HDL je prikladan za velike strukture, dok shematski omogućuje lakšu vizualizaciju dizajna i njegovih modula.

Dizajn FPGA simulira se u više faza u toku dizajna. FPGA se može koristiti za rješavanje bilo kojeg problema koji se može izračunati. Brži su zbog nekih primjena zbog njihove prirode paralelnog funkcioniranja.

Što je mikrokontroler?

Mikrokontroler je integrirani krug s jednim čipom. Memorija kao što je feroelektrični RAM, NOR flash ili OTP ROM previše je uključena u čip. Može se naći i mala količina RAM-a.

Mikrokontroleri su dizajnirani za ugrađene aplikacije. Koriste se u automatski upravljanim uređajima. Na primjer, implantabilni medicinski uređaji, sustavi upravljanja motorom automobila, uređaji, uredski strojevi, daljinski upravljači, igračke, električni alati i drugi ugrađeni uređaji.

 Mikrokontroleri imaju ugrađenu memoriju i ulazno/izlazne uređaje, što ih čini smanjenom veličinom i ekonomičnim za upravljanje većim brojem uređaja. Mikrokontroleri su popularni i ekonomični u prikupljanju podataka, očitavanju i pokretanju kao rubni uređaji.

Mikrokontroleri imaju malu potrošnju energije. Mogu raditi na frekvencijama niskim od 4 kHz. Općenito, mogu zadržati svoju funkcionalnost tijekom čekanja na događaj. Prikladni su za dugotrajne baterije. Samo neki od mikrokontrolera imaju značajku digitalno-analognog pretvarača (DAC). To omogućuje procesoru izlaz analognih signala ili naponskih razina.

Što je mikroprocesor?

Mikroprocesor je računalni čip s jednim ili više integriranih krugova. Može tumačiti i izvršavati programske instrukcije te izvoditi aritmetičke operacije.

To je procesor pokretan satom koji prihvaća binarne podatke kao ulaz, zatim obrađuje te podatke prema pohranjenim uputama u svojoj memoriji i daje izlaz u binarnom obliku. Sadrže kombinacijsku i sekvencijalnu digitalnu logiku.

Ovi IC-ovi se proizvode visoko automatiziranim procesom izrade metal-oksid-poluvodiča (MOS). Imaju nisku jediničnu cijenu i povećanu pouzdanost zbog manjeg broja kvarova veze.

Bilo je mnogo predmeta koji nisu bili povezani s računalima, a još su imali mikroprocesore. To uključuje kućanske aparate, vozila i njihove dodatke, igračke, prekidače/prigušivače svjetla, alate i instrumente, električne prekidače, alarme za dim, baterije i audio/vizualne komponente.

Budući da se kapacitet mikroprocesora povećava, gotovo je zastario ostale oblike računala s računalnog tržišta.

Glavne razlike između FPGA i mikrokontrolera i mikroprocesora

1. FPGA je sklop koji se može programirati na terenu, dok mikrokontroler i mikroprocesor to nisu.
2. FPGA može obavljati mnoge zadatke prema zahtjevima korisnika, dok mikrokontroler i mikroprocesor mogu obavljati samo određene zadatke koje je konfigurirao proizvođač.
3. Mikrokontroleri se mogu izgraditi sa sustavom za uštedu energije, dok mikroprocesorima i FPGA nedostaje takva značajka.
4. FPGA se programiraju pomoću VHDL, a mikrokontroleri se programiraju pomoću C ili C++, a mikroprocesori se programiraju pomoću asemblerskog jezika.
5. Potrošnja energije FPGA je najveća u usporedbi s mikrokontrolerima i mikroprocesorima.

Reference

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

Zadnje ažuriranje: 29. srpnja 2023