ФПГА против микроконтролера: Кључне разлике и сличности

ФПГА против микроконтролера: Кључне разлике и сличности

ФПГА и микроконтролер: разумевање кључних разлика

Sadržaj

• Uvod
• Дефиниција ФПГА?
• Шта је микроконтролер?
• ФПГА и микроконтролери: кључне разлике
• ФПГА против микроконтролера: Главне сличности
• Да ли треба да користите ФПГА или МЦУ у вашем ПЦБ-у?
• ФПГА и микроконтролер: Да ли се могу користити заједно?
• Микроконтролер и ФПГА: Префериране апликације по индустрији
• Zaključak
• Често постављене питања

Uvod

Избор између ФПГА и микроконтролера је један од најважнијих избора у укорењеним системима и Дизајн ПЦБ-а - Да ли је то истина? Процесор који изаберете утиче на перформансе, потрошњу енергије, брзину, време раста, а такође и на то како треба да буде постављена ваша плоча. У многим пословима, та опција ствара целу ставку. И ФПГА  (ФПГА) може пружити моћну идентичну управљање и алате свестраност, док микроконтролер производи лако, ефикасан укоренен рачунарски систем за контроле фокусиране на апликације.

На високом нивоу, разлика је ова: ФПГА је опрема која се може реконфигурирати, док је микроконтролер компјутерски систем са једним чипом изграђен за узастопно извршење инструкција. То указује на то да се ФПГА обично бира када се тражи прилагођено размишљање, брза обрада података или брзина хардвера. Микроконтролер се редовно бира када вам је потребна мања потрошња енергије, смањена стопа и много лакши микроконтролер. Оба се широко користе у дизајну укорењених електронских алата, међутим, они се баве различитим проблемима.

Ова контраст је забрињава због чињенице да су модерне ствари много сложеније него икада раније. Уређаји могу морати да прегледају уређаје за прикупљање, повезују се преко Етернета или контејнерске аутобусе, обрађују видео, покрећу конзуле за контролу у реалном времену и раде на управљању енергијом одједном. У многим случајевима, микроконтролер је довољан. У другим случајевима, ФПГА је много боље прилагођен. А у сложенијим системима, обоје се могу ујединити на истој табли да би се стабилизовала контрола, цена и ефикасност.

Брзе истине

Практичан пример

Визуализујте стварање креативне камере. Ако је за уређај потребно само да процени дугме, управља сензорском јединице и шаље информације о проблемима, микроконтролер би могао бити довољан. Ипак, ако камера мора да обавља видео обраду високе брзине, високу перформансу, побољшање слике у реалном времену или АИ рассуђивање, ФПГА може бити много бољи избор јер може да се брине о бројним пословима паралелно са стварно смањеним латентношћу. Ово је врста компромиса са којим се дизајнери свакодневно баве у дигиталним алатима, прототипирањем и развоју ствари.

Дефиниција ФПГА ?

ФПГА, или Ареја Программисане Вортеве Вариети, је врста программисаног уређаја који омогућава дизајнерима да дефинишу активности алата након што је чип заправо направљен. То је велика идеја иза ФПГА програма: за разлику од писања апликације софтвера који ради на фиксираном процесору, постављате саму опрему да обавља функцију детаља. Ово чини ФПГА у основи бројним од микроконтролера. Микроконтролер се може држати стандарда један по један, док ФПГА може да обавља бројне операције истовремено користећи паралелну обраду.

ФПГА је развијен из огромне мреже програмираних аспекта расправа, преноса ресурса и блокова И/О. Један од најчешћих грађевинских блокова састоји се од конфигурабилних мислилачких блокова (КЛБ), тражећих табела (ЛУТ), флип-флопова (ФФ), мултиплексера и програмираних међусобног повезивања. Ове компоненте раде заједно како би извршиле електронско размишљање, навике у вези са временом, комуникационе корисничке интерфејсе и прилагођене контролне системе. Безброј модерних ФПГА уређаја се слично састоје од дубоко укорењених меморијских блокова, ДСП блокова и преносилаца за брзе интерфејсе као што су ПЦИЕ, Етернет или веб линкови видео клипа. Због тога се ФПГА често користе у рачунарима високих перформанси, апликацијама за обраду сигнала и ФПГА апликацијама које захтевају смањену латентност.

За разлику од микропроцесора, ФПГА се обично поставља са ХДЛ програмским језицима као што су ВХДЛ или Верилог. То нису програмски језици у уобичајеном смислу. Они су уређаји који рекаппирају језике који дефинишу улазе расправа, време, информационе путеве, руковање електронским сигналима и понашање стања. Због тога се раст ФПГА обично назива програмирањем на хардверском нивоу или стилом расправа. Инжењери не кажу ФПГА шта да ради свеобухватно. Они описују како опрема треба да буде изграђена и повезана у типу расправа. То функционише, али додатно чини раст много много изазовнијим од програма микроконтролера.

Основни грађевински блокови ФПГА

Зашто инжењери користе ФПГА

ФПГА се бирају када је за рад потребно:

Идентична израчуна

Стопа опреме

Реконфигурисан хардвер

Извънредно ниска латентност

Кориснички интерфејс који је направљен на основу потреби

Брза производња прототипа

Ефикасност која се може проширити

На пример, у компјутерском систему вида, системима за обраду слика и обраду видео сигнала, ФПГА може истовремено прецизирати број пиксела или потокова података. У комерцијалним системима аутоматизације, може да се носи са брзином контроле са детерминистичким временом. У телекомуникационој опреми, може прецизно подешавати информационе потоке са високим трошковима без чекања да ЦПУ заврши појединачне инструкције циклуса. Овај степен контроле је један од фактора због којих се ФПГА редовно користе у монтажу пикби-а у ваздухопловству, у уређајима за прикупљање процеса и укорењени системи који не могу толерисати несигурност времена.

Зашто инжењери користе ФПГА

Микроконтролер, обично назван МЦУ, је мали рачунарски систем на једном чипу изграђен за укорењене контролне послове. Обично укључује ЦПУ, меморију и периферне уређаје као што су тајмери, АДЦ, интерактивни кориснички интерфејс и програмирани И/О у једном пакету. За разлику од ФПГА, микроконтролер не реконфигурише уређаје сам. Уместо тога, он покреће укорењену апликацију или прошириони програм који посебно информише чип како да делује. Због тога је микроконтролер обично лакше открити него развој ФПГА.

Микроконтролери се производе за контролу уређаја са дубоким коренима и за укорењене апликације у реалном времену где је циљ да се успешно читају улази, бирају и воде резултати. Они доминирају у клијентским стварима, комерцијалним контролерима, носивим уређајима, кућним уређајима, електроници возила и ИОТ уређајима. Они су посебно вредни због ефикасности микроконтролера, трошкова микроконтролера и смањене потрошње енергије. Ако ваш распоред захтева стандардну, сигурну, економичну контролу, МЦУ је обично први избор.

Многи МЦУ-ови су засновани на распореду као што су распоред РИСЦ-а, језгра АРМ микроконтролера или бројне друге породице процесора дубоко укорењених. Главне класификације микроконтролера су 8-битни, 16-битни и 32-битни модели . Они се обично постављају користећи језике као што су Ц програми, Ц ++ уграђени програми или различите друге фирмавере уређаје. У многим системима, они се брину о узимању јединица, интеракцији, поставкама енергије и интерфејсу док користе изузетно малу енергију.

Основне компоненте микроконтролера

Зашто инжењери користе микроконтролере

Микроконтролери су преферирани као резултат чињенице да су:

Евтини микроконтролери за производњу

Лако се интегрише у ПЦБ успостављање

Ефикасно за уређаје који се покрећу батеријом

Једноставно за дебаг у поређењу са ФПГА

Одлично за апликације микроконтролера у контроли и надзору

Добро за апликације са малом потрошњом и свакодневне електронске уређаје

Типичне апликације микроконтролера

Паметни кућни гађети

Кућне уређаје

Системи контроле за носиве електронске уређаје

Електронске уређаје за аутомобиле

Индустријски системи за контролу

Узори за сензоре

Мобилни електронски уређаји

Потребна електроника

Главне предности микроконтролера

Основни микроконтролерски фирмвер

Смањена потрошња енергије

Минимализована цена од ФПГА

Лако се производи

Мобилно мерење

Одршка за чврсту површину и површина уређаја

Главна ограничења микроконтролера

Ограничено паралелно рађење

Не идеално за убрзавање алата направљених на кусу

Много мање прилагодљиво од ФПГА хардвера

Може да се бори са заиста високог брзине или заиста специјализованих рада

ФПГА и микроконтролери: кључне разлике

Најбоље разлике између ФПГА и микроконтролера су дизајн, дизајн обраде, флексибилност и метода напретка. ФПГА је реконфигурисан хардвер, док је микроконтролер комплет процесора који покреће софтверски програм. Та једина разлика утиче на готово све остало што се тиче тога како се они понашају, како су програмирани и како се уклапају у распоред ПЦБ-а.

Хардверске архитектуре

ФПГА је изграђен од логичких ћелија, програмираних међусобног повезивања и конфигурисаних блокова који се могу поставити у прилагођене електронске кола. Микроконтролер је комплетни процесор са пажљивим дизајном. Не можете променити унутрашњу структуру МЦУ-а исто тако можете поставити ФПГА. Можете само да промените његов фирмвер. То указује на то да ФПГА може постати практично било који дигитални кола, док је МЦУ остаје исти и само извршава другачији код.

Модел обраде

ФПГА ради паралелно обрађивање. Многе обуке за рассуђивање могу се одвијати у исто време. Микроконтролер врши узастопну обраду, где се упутства обављају једна за другом, чак и ако се неки рад прекида или надгледа неколико језгра. Ово чини ФПГА посебно јаким за брзу обраду информација и персонализоване системе осетљиве на време.

Стил програмирања

ФПГА открива да користи ХДЛ језике као што су Верилог и ВХДЛ.

Микроконтролер показује да користи програмске програмне језике као што су Ц и Ц++.

Моћ и трошкови

Микроконтролери обично троше много мање енергије и троше мање. ФПГА генерално захтевају много више снаге јер су изграђене за свестрано размишљање и брзу терапију. Трговац је да ФПГА могу да се баве тежим питањима ефикасности.

У поређењу са

ФПГА против микроконтролера: Главне сличности

Иако су заправо различити унутра, ФПГА и микроконтролер системи деле неке кључне сличности. Оба се користе у уграђеним системима, оба се могу позиционирати на објављеној плочи, а оба могу комуницирати са улазима и резултатима из стварног света. Једноставно речено, оба су алатка за развој укорењених избора рачунарских система.

Сличности

Оба су програмирана.

Оба се искористе у расту уграђене опреме.

Оба могу управљати сензорским јединицама, комуникацијама и актуаторима.

Оба су помоћ у реално време.

Оба се користе у производњи електронике.

Оба могу бити део система на чипу или хибридних укорењених система.

Заједничке улоге у производу

И ФПГА и МЦУ могу:

Прочитајте информације о сензорској јединици.

Контролни исходи.

Интерфејс са комуникационим аутобусима.

Помоћ у чувању система.

Покрене у електронске контролне системе.

Да ли треба да користите ФПГА или МЦУ у вашем ПЦБ-у?

Одговор зависи од циљева вашег система, посебно у стилу ПЦБ и формату ПЦБ. Процесорски избор утиче на материјалу пина, дебљину слања, расподелу струје, топлоту, цену, као и на материјалу слоја плоче. Зато се уграђени систем ЦПУ поређење мора да се деси рано у напретку ставке, а не након што је тачка већ направљена.

Када микроконтролер има више смисла

Изаберите МЦУ када вам треба:

Јефтини.

Смањена снага.

Једноставније управљање уграђеним уређајем.

Мало физичког удара.

Лако унапређење фирмавера.

Некомпликовано сензорско интерфејсирање.

Када је ФПГА има више смисла

Изаберите ФПГА када вам је потребно:

Брзо размишљање.

Идентичне процедуре.

Персонализован интерфејс.

ФПГА брзина.

Смешан контролу времена.

Реконфигурација алата.

Много бољи проток од софтвера који може да обезбеди процесор.

ФПГА се обично користе у телекомуникационим системима, комерцијалним системима аутоматизације, апликацијама за обраду сигнала и напредним инструментима.

Разлози за дизајн ПЦБ-а за ФПГА

ФПГА плоче обично захтевају:

БГА пакети.

HDI ПЦБ усмеравање.

Микровије.

Опасна стабилност сигнала.

Искреност у снази.

Напређени термички припремни рад.

Виши број слојева.

Разлози за дизајн ПЦБ-а за микроконтролере

ЦЦУ плоче су обично мање компликоване за израду јер:

Број пина је смањен.

Електричне шине су мање компликоване.

Прелазак густине је изузетно погодан.

Стак-уп одбора обично може бити много мање сложен.

Практична поређење за ПЦБ дизајнере

ФПГА и микроконтролер: Да ли се могу користити заједно?

Да, и у неколико софистицираних система, они раде. Кросбред распоред је обично најпаметнији начин да се комбинују издржљивости обе савремене иновације. Микроконтролер се бави општом контролом, интеракцијом и пословима са фирмвером, док ФПГА управља процедама са великим бројем података или критичним временом. Ово је конвенционалан пример хардверско-софтверског ко-дизајна.

Зашто хибридни дизајн функционише добро

Микроконтролер је одличан за:

Бутајте и покретајте систем.

Сензорско праћење.

Интерфејс.

Техничко руковање.

Вођење ниске снаге.

ФПГА је изузетно за:

Исти начин обраде детаља.

Распоређивање са сигналом у реалном времену.

Брзина АИ.

Рађење видео клипом.

Персонализовано време интеракције.

Предности хибридног система

Много боље ефикасност стабилност.

Минимизована претња него присиљавање једног чипа да уради све мале ствари.

Много лакше је поделити послове.

Добра скалибилност.

Много поузданије користе силицијумску опрему.

Уобичајене хибридне апликације

Микроконтролер и ФПГА: Префериране апликације по индустрији

Многа тржишта бирају различите процесоре на основу својих забринутости. Неки се највише брину о трошковима и једноставности. Други се највише брину о стопи и детерминистичким алатима. Због тога се апликације ФПГА и апликације микроконтролера обично окупљају по тржишту.

Индустрије које често воле микроконтролере

Микроконтролери се обично воле у:

Цифрови уређаји за купце.

Код носивих уређаја.

Uređaja.

Лаки уређаји за интернет ствари.

Мобилни електронски алати.

Основни системи комерцијалне контроле.

Ови производи обично захтевају мале димензије, смањену потрошњу енергије и економичну производњу.

Индустрије које често воле ФПГА

ФПГА се обично фаворизују у:

Аерокосмичке апликације.

Телекомуникацијски алати.

Високобрза инструментација.

Напређена клиничка слика.

Обојне електронске уређаје.

Компјутерски систем системи за визију.

Индустријске апликације контролера електричних мотора са сложенијим временом.

Ови сектори генерално захтевају високо-производне укорењене системе, персонализовано размишљање и детерминистичко време.

Индустрије које користе и једно и друго

Аутомобилски електронски алати.

Апликације за роботику.

Индустријски дигитални алати.

Професионални електронски уређаји.

Напређени системи интеракције.

Таблица преференција индустрије

Zaključak

Опција ФПГА против микроконтролера је заиста избор између реконфигурисаног хардвера и ефикасне фиксне функције. ФПГА се најбоље побољшавају када вам је потребна иста способност бриге, интегрисана кола, прилагодљивост опреме, персонализовано време и брза обрада информација. Микроконтролери су најбољи када тражите смањену снагу, економичан и мање тежак развој за уграђене системе фокусиране на контролу.

Ни једно ни друго обично није много боље. Одлична опција зависи од вашег рада, плана инвестирања, циљева перформанси и ограничења ПЦБ-а. Ако је вашем предмету потребан основни контролер, микроконтролер је обично много боље решење. Ако је потребно персонализовано размишљање или обична обрада информација, ФПГА је обично јачи избор. Ако је ваш пројекат напред, најбоља алтернатива може бити да се оба удруже на истој табли.

Често постављене питања

Која су разлике између ФПГА и микроконтролера?

ФПГА је реконфигурисана опрема произведена паралелном обрадом. Микроконтролер је фиксирани процесор који покреће фирмвеер за узастопне контролне послове.

Да ли ФПГА може да замени микроконтролер?

Често, али не стално. ФПГА може да се брине о неким задатцима контроле, међутим, обично није једна од најефикаснијих алтернатива за једноставне, нискоенергетске апликације.

Да ли ФПГА и микроконтролер могу да комуницирају?

Да, ја сам. Различити системи користе МЦУ за контролу и ФПГА за брзу обраду информација или брзину опреме.

Да ли је ФПГА много боља од микроконтролера?

Не стално. ФПГА је боља за објекат, паралелне, високо-производне задатке. Микроконтролери су бољи за основне, јефтине, нискоенергетске апликације.

Шта је много боље за уграђене системе?

Зависи од апликације. За основне контроле, користите микроконтролер. За брзе расправе или прилагођено руковање, користите ФПГА.