FPGA vs Vi điều khiển vs Vi xử lý: Sự khác biệt và so sánh

Biểu đồ tăng trưởng công nghệ trong thế giới điện tử có khả năng tăng lên. Ngược lại, các mạch tích hợp đã thay đổi thế giới điện tử. Có thể là máy tính, điện thoại di động hoặc các thiết bị gia dụng khác, bạn có thể đặt tên cho nó, chúng đã trở thành một phần bắt buộc của hộ gia đình. Tất cả chỉ vì kích thước nhỏ và các mạch tích hợp (IC) giá rẻ. Ba IC nổi tiếng, FPGA, Vi điều khiển và Bộ vi xử lý, đang di chuyển thế giới điện tử xung quanh chúng.

Chìa khóa chính

1. FPGA có khả năng tùy biến cao, cho phép xử lý song song và cấu hình phần cứng có thể lập trình lại.
2. Bộ vi điều khiển tích hợp bộ xử lý, bộ nhớ và thiết bị ngoại vi trong một chip, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các hệ thống nhúng, công suất thấp.
3. Bộ vi xử lý là những CPU có mục đích chung, hiệu suất cao, yêu cầu các thành phần bên ngoài, như bộ nhớ và thiết bị đầu vào/đầu ra.

FPGA vs Vi điều khiển vs Vi xử lý

FPGA là các mạch tích hợp cung cấp tính linh hoạt nhưng có không gian hạn chế. Bộ vi xử lý là một thiết bị điện tử thực hiện các phép toán số học và logic nhưng có khả năng xử lý hạn chế. Một bộ vi điều khiển là một con chip tích hợp duy nhất được giới hạn trong nhiệm vụ mà nó được kết nối với.

FPGA là viết tắt của mảng cổng lập trình trường. Nó là một mạch tích hợp với các cổng logic mà người dùng có thể lập trình lại theo yêu cầu của nó. Do đó, trường tên có thể lập trình được sử dụng. Các FPGA được cấu hình bằng ngôn ngữ mô tả phần cứng (HDL).

Một bộ vi điều khiển còn được gọi là một máy tính nhỏ trên một chip IC. Nó chứa một hoặc nhiều lõi bộ xử lý với bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi có thể lập trình được. Ý tưởng đằng sau việc thiết kế các bộ vi điều khiển là ứng dụng của chúng ở dạng nhúng.

Một bộ vi xử lý cũng là một bộ xử lý máy tính đơn chip với logic và điều khiển xử lý dữ liệu. Bộ vi xử lý quản lý các chức năng được thực hiện bởi bộ xử lý trung tâm. Nó chứa mạch số học, logic và điều khiển để thực hiện các tác vụ cần thiết.

Bảng so sánh

Các thông số so sánh	FPGA	vi điều khiển	Bộ vi xử lý
Thực thi nhiệm vụ	FPGA thực thi tất cả các tác vụ song song	Các bộ vi điều khiển thực hiện từng nhiệm vụ một	Bộ vi xử lý thực hiện các tác vụ theo thứ tự
Thiết bị ngoại vi	Không có thiết bị ngoại vi tích hợp nhưng chứa các cổng logic	Thiết bị ngoại vi tích hợp	Không có thiết bị ngoại vi tích hợp
Tính linh hoạt của các nhiệm vụ	Có thể thực hiện bất kỳ nhiệm vụ	Thực hiện các nhiệm vụ cụ thể	Thực hiện các nhiệm vụ cụ thể
Cấu trúc phần cứng	không cố định	đã sửa	đã sửa
Sức mạnh xử lý	Cao	Trung bình	Hạn chế

FPGA là gì?

FPGA là viết tắt của mảng cổng lập trình trường. Nó là một mạch tích hợp được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử. Như tên cho thấy, các IC này có thể lập trình lại được. Người dùng có thể cấu hình nó theo các nhiệm vụ cần thiết.

FPGA có nhiều cổng logic. Chúng có thể hoạt động như các cổng logic đơn giản, chẳng hạn như AND và XOR, đồng thời cũng có thể được cấu hình để thực hiện các chức năng phức tạp bằng các tổ hợp. Hầu hết các FPGA bao gồm các thành phần bộ nhớ.

FPGA có thể bắt đầu phát triển phần mềm hệ thống song song với phần cứng. Họ có thể kích hoạt mô phỏng hiệu suất từ ​​rất sớm trong quá trình phát triển. Chúng cũng cho phép nhiều thử nghiệm hệ thống và lặp lại thiết kế trước kiến ​​trúc cuối cùng.

Người dùng, dưới dạng ngôn ngữ mô tả phần cứng HDL hoặc thiết kế sơ đồ, xác định hành vi của FPGA. HDL phù hợp với các cấu trúc lớn, trong khi sơ đồ cho phép hình dung dễ dàng hơn về thiết kế và các mô-đun của nó.

Thiết kế của FPGA được mô phỏng trên nhiều giai đoạn trong quy trình thiết kế. FPGA có thể được sử dụng để giải bất kỳ bài toán tính toán nào. Chúng nhanh hơn vì một số lý do ứng dụng là bản chất hoạt động song song của chúng.

vi điều khiển là gì?

Bộ vi điều khiển là một mạch tích hợp một chip. Bộ nhớ như RAM sắt điện, đèn flash NOR hoặc ROM OTP cũng được đưa vào chip. Một lượng nhỏ RAM cũng có thể được tìm thấy.

Vi điều khiển được thiết kế cho các ứng dụng nhúng. Chúng được sử dụng trong các thiết bị được điều khiển tự động. Ví dụ: thiết bị y tế cấy ghép, hệ thống điều khiển động cơ ô tô, thiết bị gia dụng, máy văn phòng, điều khiển từ xa, đồ chơi, dụng cụ điện và các thiết bị nhúng khác.

 Bộ vi điều khiển có bộ nhớ tích hợp và các thiết bị đầu vào/đầu ra, làm cho chúng giảm kích thước và tiết kiệm để điều khiển nhiều thiết bị hơn. Bộ vi điều khiển phổ biến và kinh tế trong việc thu thập dữ liệu, cảm biến và hoạt động như các thiết bị biên.

Vi điều khiển có mức tiêu thụ điện năng thấp. Chúng có thể hoạt động ở tần số thấp tới 4 kHz. Nói chung, chúng có thể duy trì chức năng của chúng trong khi chờ đợi một sự kiện. Chúng phù hợp cho các ứng dụng pin lâu dài. Chỉ một số bộ vi điều khiển có tính năng của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC). Điều này cho phép bộ xử lý xuất tín hiệu tương tự hoặc mức điện áp.

Bộ vi xử lý là gì?

Bộ vi xử lý là một chip máy tính có một hoặc nhiều mạch tích hợp. Nó có thể giải thích và thực hiện các hướng dẫn lập trình cũng như thực hiện các phép tính số học.

Nó là một bộ xử lý điều khiển bằng đồng hồ chấp nhận dữ liệu nhị phân làm đầu vào, sau đó xử lý dữ liệu này theo các hướng dẫn được lưu trữ trong bộ nhớ của nó và đưa ra đầu ra ở dạng nhị phân. Chúng chứa cả logic tổ hợp và logic kỹ thuật số tuần tự.

Các IC này được sản xuất theo quy trình chế tạo chất bán dẫn oxit kim loại (MOS) tự động hóa cao. Chúng có đơn giá thấp và tăng độ tin cậy do kết nối ít bị lỗi hơn.

Có nhiều mặt hàng không liên quan đến máy tính và vẫn có bộ vi xử lý. Chúng bao gồm các thiết bị gia dụng, xe cộ và các phụ kiện của chúng, đồ chơi, công tắc đèn/bộ điều chỉnh độ sáng, công cụ và thiết bị, cầu dao điện, thiết bị báo cháy, bộ pin và các bộ phận âm thanh/hình ảnh.

Vì công suất của bộ vi xử lý ngày càng tăng, nó gần như đã lỗi thời đối với các dạng máy tính khác trên thị trường máy tính.

Sự khác biệt chính giữa FPGA và Vi điều khiển và Vi xử lý

1. FPGA là một mạch lập trình trường, trong khi vi điều khiển và bộ vi xử lý thì không.
2. FPGA có thể thực hiện nhiều tác vụ theo yêu cầu của người dùng, trong khi vi điều khiển và vi xử lý chỉ có thể thực hiện các tác vụ được chỉ định bởi nhà sản xuất.
3. Bộ vi điều khiển có thể được xây dựng với hệ thống tiết kiệm năng lượng, trong khi bộ vi xử lý và FPGA thiếu tính năng như vậy.
4. FPGA được lập trình bằng VHDLvà bộ vi điều khiển được lập trình bằng C hoặc C++ và bộ vi xử lý được lập trình bằng hợp ngữ.
5. Công suất tiêu thụ của FPGA cao nhất so với các vi điều khiển và vi xử lý.

dự án

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

Cập nhật lần cuối: ngày 29 tháng 2023 năm XNUMX