FPGA vs mikrokontrolleris vs mikroprocesors: atšķirība un salīdzinājums

Elektroniskās pasaules tehnoloģiskās izaugsmes grafiks ir potenciāli palielinājies. Turpretim integrālās shēmas ir pārveidojušas elektronikas pasauli. Vai tie būtu datori, mobilie tālruņi vai cita sadzīves tehnika, tie ir kļuvuši par obligātu mājsaimniecības sastāvdaļu. Tas viss mazo izmēru un zemo izmaksu integrēto shēmu (IC) dēļ. Trīs slavenie IC, FPGA, mikrokontrolleris un mikroprocesors, pārvieto apkārtējo elektronisko pasauli.

Atslēgas

1. FPGA ir ļoti pielāgojamas, nodrošinot paralēlu apstrādi un pārprogrammējamas aparatūras konfigurācijas.
2. Mikrokontrolleri vienā mikroshēmā integrē procesoru, atmiņu un perifērijas ierīces, padarot tos ideāli piemērotus mazjaudas iegultajām sistēmām.
3. Mikroprocesori ir augstas veiktspējas vispārējas nozīmes CPU, kam nepieciešami ārēji komponenti, piemēram, atmiņa un ievades/izvades ierīces.

FPGA pret mikrokontrolleri pret mikroprocesoru

FPGA ir integrētās shēmas, kas nodrošina elastību, bet kurām ir ierobežota vieta. Mikroprocesors ir elektroniska ierīce, kas veic aritmētiskās un loģiskās darbības, taču tai ir ierobežota apstrādes jauda. Mikrokontrolleris ir viena integrēta mikroshēma, kas ierobežota ar uzdevumu, ar kuru tas ir savienots.

FPGA apzīmē uz lauka programmējamu vārtu masīvu. Tā ir integrēta shēma ar loģiskiem vārtiem, ko lietotājs var pārprogrammēt atbilstoši savām prasībām. Tāpēc tiek izmantots nosaukums lauka programmējams. The FPGA ir konfigurēts, izmantojot aparatūras apraksta valodu (HDL).

Mikrokontrolleri sauc arī par mazu datoru vienā IC mikroshēmā. Tajā ir viens vai vairāki procesora kodoli ar atmiņu un programmējamām perifērijas ierīcēm. Mikrokontrolleru dizaina ideja ir to pielietojums iegultā formā.

Mikroprocesors ir arī vienas mikroshēmas datora procesors ar datu apstrādes vadību un loģiku. Mikroprocesors pārvalda centrālā procesora veiktās funkcijas. Tajā ir aritmētikas, loģikas un vadības shēmas, lai veiktu nepieciešamos uzdevumus.

Salīdzināšanas tabula

Salīdzināšanas parametri	FPGA	Microcontroller	Mikroprocesors
Uzdevumu izpilde	FPGA veic visus uzdevumus paralēli	Mikrokontrolleri veic uzdevumus pa vienam	Mikroprocesors izpilda uzdevumus secīgi
perifērijas iekārtas	Nav iebūvētu perifērijas ierīču, bet satur loģiskos vārtus	Iebūvētās perifērijas ierīces	Nav iebūvētu perifērijas ierīču
Uzdevumu elastība	Var veikt jebkuru uzdevumu	Veic konkrētus uzdevumus	Veic konkrētus uzdevumus
Aparatūras struktūra	Nefiksēts	Fiksētie	Fiksētie
Apstrādes jauda	augsts	vidējs	ierobežots

Kas ir FPGA?

FPGA apzīmē uz lauka programmējamu vārtu masīvu. Tā ir integrēta shēma, ko izmanto daudzās elektroniskās ierīcēs. Kā norāda nosaukums, šie IC ir pārprogrammējami. Lietotājs to var konfigurēt atbilstoši nepieciešamajiem uzdevumiem.

FPGA ir vairāki loģiski vārti. Tie var darboties kā vienkārši loģiski vārti, piemēram, UN un XOR, un tos var arī konfigurēt, lai veiktu sarežģītas funkcijas ar kombinācijām. Lielākā daļa FPGA ietver atmiņas elementus.

FPGA var sākt sistēmas programmatūras izstrādi paralēli aparatūrai. Tie var iespējot veiktspējas simulāciju ļoti agrīnā izstrādes stadijā. Tie arī ļauj veikt daudzus sistēmas izmēģinājumus un dizaina iterācijas pirms galīgās arhitektūras.

Lietotājs aparatūras apraksta valodas HDL vai shematiska dizaina veidā nosaka FPGA uzvedību. ABL ir piemērots lielām konstrukcijām, savukārt shematisks ļauj vieglāk vizualizēt dizainu un tā moduļus.

FPGA dizains tiek simulēts vairākos posmos projektēšanas plūsmā. FPGA var izmantot, lai atrisinātu jebkuru aprēķina problēmu. Dažu lietojumprogrammu iemesla dēļ tie ir ātrāki, jo tie darbojas paralēli.

Kas ir mikrokontrolleris?

Mikrokontrolleris ir vienas mikroshēmas integrēta shēma. Atmiņa, piemēram, feroelektriskā RAM, NOR zibatmiņa vai OTP ROM, ir pārāk iekļauta mikroshēmā. Var atrast arī nelielu daudzumu RAM.

Mikrokontrolleri ir paredzēti iegultām lietojumprogrammām. Tos izmanto automātiski kontrolētās ierīcēs. Piemēram, implantējamas medicīnas ierīces, automašīnu dzinēju vadības sistēmas, ierīces, biroja iekārtas, tālvadības pultis, rotaļlietas, elektroinstrumenti un citas iegultās ierīces.

 Mikrokontrolleriem ir iebūvēta atmiņa un ievades/izvades ierīces, kas samazina to izmēru un padara tos ekonomiskus, lai kontrolētu vairāk ierīču. Mikrokontrolleri ir populāri un ekonomiski datu vākšanā, uztveršanā un aktivizēšanā kā malas ierīces.

Mikrokontrolleriem ir zems enerģijas patēriņš. Tie var darboties pat 4 kHz frekvencēs. Parasti tās var saglabāt savu funkcionalitāti, gaidot notikumu. Tie ir piemēroti ilgstošai akumulatora lietošanai. Tikai dažiem mikrokontrolleriem ir ciparu-analogā pārveidotāja (DAC) funkcija. Tas ļauj procesoram izvadīt analogos signālus vai sprieguma līmeņus.

Kas ir mikroprocesors?

Mikroprocesors ir datora mikroshēma ar vienu vai vairākām integrētām shēmām. Tas var interpretēt un izpildīt programmēšanas instrukcijas, kā arī veikt aritmētiskas darbības.

Tas ir ar pulksteni darbināms procesors, kas pieņem bināros datus kā ievadi, pēc tam apstrādā šos datus saskaņā ar atmiņā saglabātajām instrukcijām un dod izvadi binārā formā. Tie satur gan kombinēto loģiku, gan secīgo digitālo loģiku.

Šīs IC ražo ļoti automatizētā metāla oksīda-pusvadītāju ražošanas procesā (MOS). Tām ir zema vienības cena un paaugstināta uzticamība mazāku savienojuma kļūmju dēļ.

Bija daudz priekšmetu, kas nebija saistīti ar datoru un kuriem joprojām bija mikroprocesori. Tajos ietilpst sadzīves tehnika, transportlīdzekļi un to piederumi, rotaļlietas, gaismas slēdži/dimmeri, instrumenti un instrumenti, elektriskie automātiskie slēdži, dūmu detektori, akumulatoru bloki un audio/vizuālie komponenti.

Tā kā mikroprocesora jauda palielinās, tas ir gandrīz novecojis citus datoru veidus no datoru tirgus.

Galvenās atšķirības starp FPGA un mikrokontrolleru un mikroprocesoru

1. FPGA ir laukā programmējama shēma, savukārt mikrokontrolleris un mikroprocesors nav.
2. FPGA var veikt daudzus uzdevumus atbilstoši lietotāja prasībām, savukārt mikrokontrolleris un mikroprocesors var veikt tikai noteiktus ražotāja konfigurētus uzdevumus.
3. Mikrokontrollerus var uzbūvēt ar enerģijas taupīšanas sistēmu, savukārt mikroprocesoriem un FPGA šādas funkcijas trūkst.
4. FPGA tiek ieprogrammēti, izmantojot Vhdl, un mikrokontrolleri tiek programmēti, izmantojot C vai C++, un mikroprocesori tiek programmēti, izmantojot montāžas valodu.
5. FPGA enerģijas patēriņš ir augstākais salīdzinājumā ar mikrokontrolleriem un mikroprocesoriem.

Atsauces

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

Pēdējo reizi atjaunināts: 29. gada 2023. jūlijā