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

Bộ xử lý là một con chip máy tính thực hiện các phép tính. Nó đưa ra tất cả các quyết định hợp lý vốn là tất cả các tác vụ của máy tính, từ đơn giản nhất như mở cửa sổ đến phức tạp nhất như hoàn thành hoạt hình 3D.

Đây là lý do tại sao bộ vi xử lý được gọi là bộ não của máy tính. Sử dụng bo mạch chủ, bộ xử lý của bạn được kết nối với tất cả các thành phần khác trong hệ thống của bạn.

Công việc của bộ xử lý là nhận dữ liệu đầu vào, xử lý và cung cấp dữ liệu đầu ra. FPGA (Field Programmable Gate Arrays) và vi điều khiển là hai lựa chọn phổ biến nhất trong số tất cả các bộ xử lý.

Các nội dung chính

1. FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) là các mạch tích hợp có thể cấu hình lại với các khối logic có thể lập trình, cho phép xử lý song song cao. Đồng thời, bộ vi điều khiển là máy tính đơn chip với kiến ​​trúc cố định được thiết kế cho các tác vụ cụ thể.
2. FPGA cung cấp hiệu suất nhanh hơn và tính linh hoạt cao hơn trong thiết kế nhưng đắt hơn và tiêu thụ nhiều năng lượng hơn so với vi điều khiển.
3. Bộ vi điều khiển phù hợp với các ứng dụng đơn giản, chi phí thấp, trong khi FPGA lý tưởng cho các tác vụ phức tạp, hiệu suất cao yêu cầu tùy chỉnh hoặc tạo mẫu nhanh.

FPGA vs Vi điều khiển

Sự khác biệt giữa FPGA và Vi điều khiển là FPGA không có cấu trúc phần cứng xác định và phù hợp nhất cho các tác vụ yêu cầu tốc độ xử lý cao. Ngược lại, bộ vi điều khiển có cấu trúc phần cứng phù hợp nhất để thực hiện các tác vụ cơ bản.

FPGA là các mạch tích hợp mà người dùng có thể tùy chỉnh dựa trên yêu cầu của họ. Chúng bao gồm một số khối logic có thể dễ dàng cấu hình bằng các ngôn ngữ mô tả cao.

Bộ xử lý này bao gồm các khối logic, đầu vào/đầu ra và cấu hình logic.

Bộ vi điều khiển về cơ bản là những máy tính mini. Một số thiết bị đầu vào/đầu ra được gắn trên một con chip nhỏ, bao gồm bộ nhớ và CPU.

Chúng chịu trách nhiệm quản lý các thành phần như cảm biến, bộ nhớ, màn hình, v.v. trong hệ thống. 

Bảng so sánh

Các thông số so sánh	FPGA	vi điều khiển
Định nghĩa	FPGA linh hoạt hơn vì chúng cho phép lập trình lại cả phần cứng và phần sụn.	Bộ vi điều khiển được thiết kế để thực hiện các tác vụ đơn giản không yêu cầu sức mạnh xử lý cao như vậy.
Linh hoạt	Lập trình dễ tiếp cận hơn và mất ít thời gian hơn.	Bộ vi điều khiển kém linh hoạt hơn vì chúng chỉ cho phép lập trình lại phần sụn.
Chế biến	FPGA có khả năng xử lý song song.	Vi điều khiển được giới hạn trong xử lý tuần tự.
Công suất tiêu thụ	FPGA có thể thực hiện xử lý song song.	Bộ vi điều khiển chỉ có thể thực hiện xử lý tuần tự.
Phí Tổn	FPGA đắt hơn để thực hiện.	Vi điều khiển là tương đối rẻ tiền để thực hiện.
Lập trình	Lập trình hơi phức tạp và tốn thời gian.	Lập trình dễ dàng hơn và mất ít thời gian hơn.

FPGA là gì?

FPGA là các mạch tích hợp có thể được tùy chỉnh dựa trên yêu cầu của người dùng bất cứ lúc nào. Một ngôn ngữ mô tả cao có thể được sử dụng để cấu hình các khối logic một cách dễ dàng.

Bộ xử lý này có các thành phần khác nhau, bao gồm khối logic, khối đầu vào/đầu ra và khối logic có thể định cấu hình.

FPGA xử lý các tác vụ đòi hỏi tốc độ xử lý cao và phức tạp. FPGA cung cấp tính linh hoạt cao hơn vì chúng có thể được lập trình lại trong phần cứng và phần sụn.

FPGA cho phép xử lý song song bằng cách chạy đồng thời các hoạt động giống hệt nhau vì hàng nghìn khối logic điều khiển đang hoạt động đồng thời.

Điều này làm cho trí tuệ nhân tạo và xử lý hình ảnh trở nên dễ dàng. FPGA tiêu thụ rất nhiều năng lượng. Vì vậy, nó không được khuyến khích cho những tác vụ tiêu hao điện năng nhanh chóng.

Lập trình FPGA hơi phức tạp và tốn thời gian vì người dùng phải viết mọi chương trình từ đầu. Chi phí triển khai FPGA cao.

Vi điều khiển là gì?

Một bộ vi điều khiển về cơ bản là một máy tính nhỏ. Các thiết bị đầu vào và đầu ra được gắn trên một con chip nhỏ, bao gồm bộ nhớ và CPU.

Chúng chịu trách nhiệm quản lý các thành phần như cảm biến, bộ nhớ, màn hình, v.v. trong hệ thống.

Bộ vi điều khiển được lập trình bằng các ngôn ngữ cấp cao hơn như JavaScript, Python và C. Bằng cách sử dụng các ngôn ngữ này; bộ vi điều khiển có thể hướng dẫn các thành phần khác hoạt động. 

Bộ vi điều khiển được thiết kế để xử lý các tác vụ đơn giản không yêu cầu sức mạnh xử lý cao như vậy. Do chỉ có thể lập trình lại phần sụn nên vi điều khiển kém linh hoạt hơn.

Việc thực hiện của họ là tương đối rẻ tiền. Vi điều khiển được giới hạn trong xử lý tuần tự. Do đó, nó xử lý các lệnh mà người dùng đưa ra trên một dòng tại một thời điểm.

Vì việc này mất nhiều thời gian để hoàn thành nên việc hoàn thành bất kỳ tác vụ nào trên bộ vi điều khiển sẽ hơi chậm. Do đó, không nên thực hiện các tác vụ mạnh mẽ.

Việc lập trình vi điều khiển rất dễ dàng vì người dùng có thể mua một số gói được tạo sẵn. Mỗi chương trình được thiết kế để thực hiện một chức năng cụ thể.

Việc lập trình một bộ vi điều khiển được thực hiện dễ tiếp cận hơn và tốn ít thời gian hơn.

Sự khác biệt chính giữa FPGA và Vi điều khiển

1. FPGA phù hợp nhất cho các tác vụ phức tạp đòi hỏi tốc độ xử lý cao, trong khi Vi điều khiển được sử dụng cho các tác vụ đơn giản không yêu cầu tốc độ xử lý cao.
2. FPGA có mức độ linh hoạt cao, cho phép người dùng lập trình lại phần cứng và phần sụn của nó. Ngược lại, bộ vi điều khiển có tính linh hoạt hạn chế vì nó chỉ yêu cầu người dùng lập trình lại phần sụn.
3. FPGA có thể xử lý song song, trong khi Vi điều khiển bị giới hạn trong xử lý tuần tự.
4. FPGA cần nhiều năng lượng để hoạt động, trong khi Vi điều khiển có thể hoạt động với mức năng lượng tương đối thấp.
5. FPGA tốn nhiều thời gian và lập trình phức tạp, vì vậy việc triển khai chúng tốn nhiều chi phí hơn, trong khi các bộ vi điều khiển có thể được triển khai tương đối rẻ vì việc lập trình dễ dàng hơn nhiều.

dự án

1. https://www.mdpi.com/608460
2. https://openarchive.nure.ua/handle/document/4955