FPGA vs 微控制器 vs 微处理器：差异与比较

电子世界的技术增长图可能会增加。 相比之下，集成电路改变了电子世界。 无论是电脑、手机，还是其他家电，应有尽有，已经成为家庭必备品。 都是因为体积小、成本低的集成电路 (IC)。 FPGA、微控制器和微处理器这三种著名的 IC 正在推动围绕它们的电子世界。

关键精华

1. FPGA 是高度可定制的，允许并行处理和可重新编程的硬件配置。
2. 微控制器将处理器、存储器和外围设备集成在一个芯片中，使其成为低功耗嵌入式系统的理想选择。
3. 微处理器是高性能的通用 CPU，需要外部组件，如内存和输入/输出设备。

FPGA 与微控制器与微处理器

FPGA 是提供灵活性但空间有限的集成电路。 微处理器是一种执行算术和逻辑运算但处理能力有限的电子设备。 微控制器是一个单一的集成芯片，仅限于它所连接的任务。

FPGA 代表现场可编程门阵列。 它是一种带有逻辑门的集成电路，用户可以根据需要重新编程。 因此使用了名称现场可编程。 这 FPGA 使用硬件描述语言 (HDL) 配置。

微控制器也称为单个 IC 芯片上的小型计算机。 它包含带有内存和可编程外设的单个或多个处理器内核。 微控制器设计背后的理念是它们以嵌入式形式应用。

微处理器也是具有数据处理控制和逻辑功能的单片机处理器。 微处理器管理由中央处理单元执行的功能。 它包含执行所需任务的算术、逻辑和控制电路。

对比表

比较参数	FPGA	微控制器	微处理器
执行任务	FPGA并行执行所有任务	微控制器一个接一个地执行任务	微处理器按顺序执行任务
外设	没有内置外围设备，但包含逻辑门	内置外设	无内置外围设备
任务的灵活性	可以执行任何任务	执行特定任务	执行特定任务
硬件结构	不固定	固定	固定
处理能力	高	中	有限

什么是FPGA?

FPGA代表现场可编程门阵列。 它是用于许多电子设备的集成电路。 顾名思义，这些 IC 是可重新编程的。 用户可以根据其所需的任务对其进行配置。

FPGA 有多个逻辑门。 它们可以作为简单的逻辑门执行，例如 AND 和 XOR，也可以配置为执行具有组合的复杂功能。 大多数 FPGA 都包含存储器元件。

FPGA 可以与硬件并行启动系统软件开发。 他们可以在开发的早期启用性能模拟。 它们还允许在最终架构之前进行大量的系统试验和设计迭代。

用户以硬件描述语言 HDL 或原理图设计的形式定义 FPGA 的行为。 HDL 适用于大型结构，而原理图可以更轻松地可视化设计及其模块。

FPGA 的设计在设计流程的多个阶段进行仿真。 FPGA可以用来解决任何可计算的问题。 由于某些应用程序的并行功能特性，它们速度更快。

什么是微控制器?

微控制器是一种单芯片集成电路。芯片中还包含铁电 RAM、NOR 闪存或 OTP ROM 等存储器。还可以找到少量 RAM。

微控制器专为嵌入式应用而设计。 这些用于自动控制设备。 例如，植入式医疗设备、汽车发动机控制系统、家用电器、办公机器、遥控器、玩具、电动工具和其他嵌入式设备。

 微控制器具有内置存储器和输入/输出设备，这使得它们可以减小尺寸并经济地控制更多设备。 微控制器作为边缘设备在数据收集、传感和执行方面很受欢迎且经济。

微控制器具有低功耗。 它们可以在低至 4 kHz 的频率下工作。 通常，它们可以在等待事件期间保留其功能。 它们适用于持久耐用的电池应用。 只有部分微控制器具有数模转换器 (DAC) 的功能。 这使处理器能够输出模拟信号或电压电平。

什么是微处理器?

微处理器是具有单个或多个集成电路的计算机芯片。 它可以解释和执行程序指令，也可以执行算术运算。

它是一个时钟驱动的处理器，它接受二进制数据作为输入，然后根据其内存中存储的指令处理这些数据，并以二进制形式给出输出。 它们包含组合逻辑和时序数字逻辑。

这些 IC 是通过高度自动化的金属氧化物半导体制造工艺 (MOS) 生产的。 由于较少的连接失败，它们的单价较低且可靠性更高。

有许多与计算机无关但仍有微处理器的物品。 其中包括家用电器、车辆及其配件、玩具、电灯开关/调光器、工具和仪器、电路断路器、烟雾报警器、电池组和音频/视频组件。

由于微处理器的容量不断增加，它几乎已经淘汰了计算机市场上的其他形式的计算机。

FPGA与微控制器和微处理器之间的主要区别

1. FPGA是现场可编程电路，而微控制器和微处理器则不是。
2. FPGA可以根据用户的要求执行许多任务，而微控制器和微处理器只能执行制造商配置的指定任务。
3. 微控制器可以构建节能系统，而微处理器和 FPGA 则缺乏这种功能。
4. FPGA使用编程 VHDL, 微控制器使用 C 或 C++ 编程，微处理器使用汇编语言编程。
5. 与微控制器和微处理器相比，FPGA 的功耗是最高的。

参考资料

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

最后更新时间：29 年 2023 月 XNUMX 日