FPGA、マイクロコントローラー、マイクロプロセッサー: 違いと比較

電子世界における技術成長のグラフは、潜在的に増加している。 対照的に、集積回路はエレクトロニクスの世界を変革しました。 コンピューター、携帯電話、その他の家電製品など、それらは家庭の必需品となっています。 それはすべて、小型で低コストの集積回路 (IC) のおかげです。 FPGA、マイクロコントローラー、マイクロプロセッサーという XNUMX つの有名な IC が、電子世界を動かしています。

主要な取り組み

1. FPGA は高度にカスタマイズ可能で、並列処理と再プログラム可能なハードウェア構成が可能です。
2. マイクロコントローラは、プロセッサ、メモリ、周辺機器を XNUMX つのチップに統合しているため、低電力の組み込みシステムに最適です。
3. マイクロプロセッサは、メモリや入出力デバイスなどの外部コンポーネントを必要とする高性能の汎用 CPU です。

FPGA vs マイクロコントローラ vs マイクロプロセッサ

FPGA は柔軟性を備えた集積回路ですが、スペースが限られています。 マイクロプロセッサは算術論理演算を実行する電子デバイスですが、処理能力には限界があります。 マイクロコントローラーは、接続されているタスクに限定された単一の統合チップです。

FPGA フィールド プログラマブル ゲート アレイの略です。 これは、ユーザーが要件に応じて再プログラムできる論理ゲートを備えた集積回路です。 したがって、フィールド プログラマブルという名前が使用されます。 の FPGA ハードウェア記述言語 (HDL) を使用して構成されます。

マイクロコントローラは、単一の IC チップ上の小型コンピュータとも呼ばれます。 これには、メモリとプログラム可能な周辺機器を備えた単一または複数のプロセッサ コアが含まれています。 マイクロコントローラーの設計の背後にある考え方は、組み込み形式でのアプリケーションです。

マイクロプロセッサは、データ処理制御とロジックを備えたシングルチップ コンピュータ プロセッサでもあります。 マイクロプロセッサは、中央処理装置によって実行される機能を管理します。 必要なタスクを実行するための算術、論理、および制御回路が含まれています。

比較表

比較のパラメータ	FPGA	マイクロコントローラ	マイクロプロセッサ
タスクの実行	FPGA はすべてのタスクを並行して実行します	マイクロコントローラはタスクを XNUMX つずつ実行します	マイクロプロセッサはタスクを順番に実行します
PC周辺機器	組み込みの周辺機器はありませんが、論理ゲートが含まれています	内蔵周辺機器	内蔵周辺機器なし
タスクの柔軟性	あらゆるタスクを実行できます	特定のタスクを実行します	特定のタスクを実行します
ハードウェア構造	非固定	固定の	固定の
処理能力	ハイ	M	限定的

FPGAとは?

FPGA は、フィールド プログラマブル ゲート アレイの略です。 多くの電子機器に使われている集積回路です。 名前が示すように、これらの IC は再プログラム可能です。 ユーザーは、必要なタスクに従って構成できます。

FPGA には複数の論理ゲートがあります。 これらは、AND や XOR などの単純な論理ゲートとして実行できますが、組み合わせて複雑な機能を実行するように構成することもできます。 ほとんどの FPGA にはメモリ要素が含まれています。

FPGA は、ハードウェアと並行してシステム ソフトウェア開発を開始できます。 開発の非常に早い段階でパフォーマンス シミュレーションを有効にすることができます。 また、最終的なアーキテクチャの前に、多数のシステムの試行と設計の反復が可能になります。

ユーザーは、ハードウェア記述言語 HDL または回路図設計の形式で、FPGA の動作を定義します。 HDL は大規模な構造に適していますが、回路図を使用すると設計とそのモジュールを簡単に視覚化できます。

FPGA のデザインは、デザイン フローの複数の段階でシミュレーションされます。 FPGA は、計算可能な問題を解決するために使用できます。 それらは、並列機能の性質であるいくつかのアプリケーションの理由により高速です。

マイクロコントローラとは?

マイクロコントローラーはシングルチップの集積回路です。強誘電体 RAM、NOR フラッシュ、OTP ROM などのメモリもチップに組み込まれています。少量の RAM も見つかります。

マイクロコントローラは組み込みアプリケーション用に設計されています。 これらは自動制御装置で使用されます。 たとえば、埋め込み型医療機器、自動車のエンジン制御システム、電化製品、事務機器、リモコン、おもちゃ、電動工具、その他の組み込み機器などです。

 マイクロコントローラにはメモリと入出力デバイスが内蔵されているため、サイズが小さくなり、より多くのデバイスを制御するために経済的になります。 マイクロコントローラは、データ収集、センシング、およびエッジ デバイスとしての作動において一般的で経済的です。

マイクロコントローラは低消費電力です。 それらは 4 kHz という低い周波数で動作できます。 通常、イベントの待機中に機能を保持できます。 これらは、長持ちするバッテリ アプリケーションに適しています。 一部のマイクロコントローラーのみが、デジタル アナログ コンバーター (DAC) の機能を備えています。 これにより、プロセッサはアナログ信号または電圧レベルを出力できます。

マイクロプロセッサとは?

マイクロプロセッサは、単一または複数の集積回路を備えたコンピュータ チップです。 プログラミング命令を解釈して実行し、算術演算も実行できます。

これは、バイナリ データを入力として受け取り、メモリに格納されている命令に従ってこのデータを処理し、バイナリ形式で出力するクロック駆動のプロセッサです。 これらには、組み合わせロジックと順次デジタル ロジックの両方が含まれています。

これらの IC は、高度に自動化された金属酸化膜半導体製造プロセス (MOS) によって製造されます。 単価が安く、接続障害が少ないため信頼性が高くなります。

コンピュータ関連ではなく、まだマイクロプロセッサを搭載しているアイテムがたくさんありました。 これらには、家庭用電化製品、車両とその付属品、おもちゃ、照明スイッチ/調光器、工具と器具、電気回路ブレーカー、煙警報器、バッテリー パック、オーディオ/ビジュアル コンポーネントが含まれます。

マイクロプロセッサの容量が増加しているため、他の形式のコンピュータはコンピュータ市場からほとんど陳腐化しています。

FPGA とマイクロコントローラおよびマイクロプロセッサの主な違い

1. FPGA はフィールド プログラマブル回路ですが、マイクロコントローラとマイクロプロセッサはそうではありません。
2. FPGA はユーザーの要件に応じて多くのタスクを実行できますが、マイクロコントローラーとマイクロプロセッサはメーカーが構成した指定されたタスクのみを実行できます。
3. マイクロコントローラーは省電力システムを使用して構築できますが、マイクロプロセッサーや FPGA にはそのような機能がありません。
4. FPGA は以下を使用してプログラムされます。 VHDL、マイクロコントローラーは C または C++ を使用してプログラムされ、マイクロプロセッサーはアセンブリ言語を使用してプログラムされます。
5. FPGA の消費電力は、マイクロコントローラーやマイクロプロセッサーと比較して最も高くなります。

参考文献

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

最終更新日 : 29 年 2023 月 XNUMX 日