- Микроконтроллер и микропроцессор
- Факторы, которые следует учитывать при выборе MPU или MCU
- 1. Вычислительная мощность
- 2. Интерфейсы
- 3. Память
- 4. Мощность
- Заключение
Мозг встроенного устройства, который является процессором, является ключевым фактором, определяющим успех или неудачу устройства в выполнении задачи (задач), для которой оно предназначено. Блок обработки отвечает за каждый процесс, от ввода в систему до конечного вывода, поэтому выбор правильной платформы для мозга становится очень важным при проектировании устройства, поскольку все остальное будет зависеть от точности этого решения.
Микроконтроллер и микропроцессор
Компоненты обработки, используемые для встроенных устройств, можно разделить на две большие категории; Микроконтроллеры и микропроцессоры.
Микроконтроллеры - это небольшие вычислительные устройства на одной микросхеме, которые содержат одно или несколько процессорных ядер с устройствами памяти, встроенными вместе с программируемыми портами ввода-вывода (I / O) специального и общего назначения. Они используются особенно в приложениях, где нужно выполнять только определенные повторяющиеся задачи. Мы уже обсуждали вопрос выбора подходящего микроконтроллера для ваших встраиваемых проектов.
С другой стороны, микропроцессоры представляют собой вычислительные устройства общего назначения, которые включают в себя все функции центрального процессора на кристалле, но не включают в себя периферийные устройства, такие как память, а также входные и выходные контакты, такие как микроконтроллер.
Хотя производители сейчас меняют многие вещи, стирающие грань между микроконтроллерами и микропроцессорами, такие как использование памяти на микросхемах для микропроцессоров и способность микроконтроллеров подключаться к внешней памяти, между этими компонентами все еще существуют ключевые различия, и разработчик будет нужно выбирать между ними лучшее для конкретного проекта.
Узнайте больше о разнице между микроконтроллером и микропроцессором.
Факторы, которые следует учитывать при выборе MPU или MCU
Прежде чем принимать какое-либо решение о дальнейших действиях в отношении устройства обработки, которое будет использоваться для проектирования встраиваемого продукта, важно разработать спецификации проекта. Разработка проектных спецификаций предоставляет возможность для предварительного проектирования устройства, которая помогает детально определить проблему, которую необходимо решить, как ее решить, выделить компоненты, которые будут использоваться, и многое другое. Это помогает проектировщику принимать обоснованные общие решения по проекту и помогает определить, в каком направлении двигаться блоку обработки.
Некоторые из факторов в проектной спецификации, которые необходимо учитывать перед выбором между микроконтроллером и микропроцессором, описаны ниже.
1. Вычислительная мощность
Вычислительная мощность - один из основных (если не главный) факторов, которые следует учитывать при выборе между микроконтроллером и микропроцессором. Это один из основных факторов, влияющих на микропроцессоры. Он измеряется в DMIPS (миллион инструкций в секунду) и представляет собой количество инструкций, которые микроконтроллер или микропроцессор может обработать за секунду. По сути, это показатель того, насколько быстро устройство может выполнить назначенную ему задачу.
Хотя определение точной вычислительной мощности, необходимой для вашего дизайна, может быть очень сложной задачей, можно сделать обоснованное предположение, изучив задачу (и), устройство создается для выполнения и каковы могут быть вычислительные требования этих задач. Например, разработка устройства, которое требует использования полной операционной системы, будь то встроенная Linux, Windows CE или любая другая ОС, потребует вычислительной мощности до 500 DMIPS, что звучит как процессор? Да. Чтобы добавить к этому, для запуска операционной системы на устройстве потребуется блок управления памятью (MMU), который увеличит требуемую вычислительную мощность. Приложения для устройств, которые требуют большого количества вычислений, также требуют очень высокого DMIPS.значений, и чем больше математических / числовых вычислений должно выполнять устройство, тем больше требования к конструкции склоняются в сторону использования микропроцессора из-за требуемой вычислительной мощности.
Еще одно важное значение вычислительной мощности, которое влияет на выбор между микропроцессорами и микроконтроллерами, - это сложность или простота таких вещей, как пользовательские интерфейсы. В наши дни желательно иметь красочные и интерактивные графические интерфейсы даже для самых простых приложений. Большинство библиотек, используемых для создания пользовательских интерфейсов, таких как QT, требуют вычислительной мощности до 80–100 DMIPS, и чем больше анимаций, изображений и другого мультимедийного содержимого будет отображаться, тем больше потребуется вычислительная мощность. Однако более простые пользовательские интерфейсы на экранах с низким разрешением требуют небольшой вычислительной мощности и могут питаться с помощью микроконтроллеров, поскольку в наши дни довольно много из них имеют встроенные интерфейсы для взаимодействия с различными дисплеями.
Помимо некоторых основных функций, упомянутых выше, важно зарезервировать некоторую вычислительную мощность для связи и других периферийных устройств. Хотя большинство примеров, приведенных выше, как правило, поддерживают использование микропроцессоров, они, как правило, более дороги по сравнению с микроконтроллерами и будут излишними при использовании в определенных решениях, например, использование микропроцессора 500 DMIPS для автоматизации лампочки приведет к общей стоимости продукта выше, чем обычно, и может в конечном итоге привести к его провалу на рынке.
2. Интерфейсы
Интерфейс, который будет использоваться для соединения различных элементов продукта, является одним из факторов, которые необходимо учитывать перед выбором между микроконтроллером и микропроцессором. Важно убедиться, что используемый блок обработки имеет интерфейсы, необходимые для других компонентов.
С точки зрения возможности подключения и связи, например, большинство микроконтроллеров и микропроцессоров обладают интерфейсами, необходимыми для подключения к устройствам связи, но когда требуются высокоскоростные периферийные устройства связи, такие как сверхскоростной интерфейс USB 3.0, несколько портов 10/100 Ethernet или порт Gigabit Ethernet, вещи наклоняются в направлении микропроцессора, поскольку интерфейс, необходимый для их поддержки, обычно встречается только на них, потому что они более способны обрабатывать большие объемы данных и скорость, с которой эти данные передаются.
Следует подтвердить влияние протоколов, используемых для этих интерфейсов, на объем памяти, необходимой для микропрограмм, поскольку они имеют тенденцию к увеличению требований к памяти. Общее практическое правило состоит в том, что микропроцессорную архитектуру следует применять для приложений, которым требуется высокоскоростное соединение с большим объемом передаваемых данных, особенно когда в системе используется операционная система.
3. Память
Эти два устройства обработки данных по-разному обрабатывают память и хранилище данных. Например, микроконтроллеры поставляются со встроенными фиксированными устройствами памяти, а микропроцессоры имеют интерфейсы, к которым можно подключать устройства памяти. Два основных следствия этого:
Стоимость
Микроконтроллер становится более дешевым решением, поскольку он не требует использования дополнительного запоминающего устройства, в то время как микропроцессор становится дорогостоящим решением, которое необходимо принять из-за этих дополнительных требований.
Ограниченная память
Фиксированная память микроконтроллера ограничивает объем данных, которые могут храниться в нем. Эта ситуация не применима к процессорам, поскольку они обычно подключены к внешним устройствам памяти. Хорошим примером того, когда это ограничение может быть проблемой, является разработка прошивки для устройства. Добавление дополнительных килобайт к размеру кода может потребовать изменения используемого микроконтроллера, но если дизайн был основан на процессоре, нам нужно будет только изменить устройство памяти. Таким образом, микропроцессоры предлагают большую гибкость с памятью.
В зависимости от объема памяти необходимо учитывать несколько других факторов, один из которых - время запуска (загрузки). Микропроцессоры, например, хранят микропрограммное обеспечение во внешней памяти (обычно во внешней NAND или последовательной флэш-памяти), а при загрузке микропрограммное обеспечение загружается в DRAM процессора. Хотя это происходит за пару секунд, это может быть не идеально для некоторых приложений. Микроконтроллер на другой занимает меньше времени.
По общим соображениям скорости, MCU обычно выигрывает из-за его способности обращаться к наиболее критичным по времени приложениям из-за используемого в них ядра процессора, того факта, что память встроена, а прошивка, используемая с ними, всегда является либо RTOS, либо голым железом. С.
4. Мощность
Последний момент, который следует учитывать, - это энергопотребление. В то время как микропроцессоры имеют режимы с низким энергопотреблением, этих режимов не так много, как в типичных микроконтроллерах, а с внешними компонентами, необходимыми для микропроцессорной конструкции, добиться режимов с низким энергопотреблением немного сложнее. Помимо режимов с низким энергопотреблением, фактическое количество энергии, потребляемой микропроцессором, намного ниже, чем потребляет микропроцессор, потому что чем больше возможности обработки, тем больше энергии требуется для поддержания работы процессора.
Поэтому микроконтроллеры, как правило, находят приложения, в которых требуются блоки обработки со сверхнизким энергопотреблением , такие как пульты дистанционного управления, бытовая электроника и несколько интеллектуальных устройств, в которых упор в дизайне делается на длительный срок службы батарей. Они также используются там, где требуется строго детерминированное поведение.
С другой стороны, микропроцессоры идеально подходят для промышленных и бытовых приложений, которым требуется операционная система, они требуют интенсивных вычислений и требуют высокоскоростного подключения или пользовательского интерфейса с большим количеством мультимедийной информации.
Заключение
Существует несколько других факторов, которые служат определяющими для выбора между этими двумя платформами, и все они относятся к производительности, возможностям и бюджету, но общий выбор становится проще, когда имеется надлежащий предварительный дизайн системы и четко сформулированы требования. Микроконтроллеры в основном используются в решениях с очень ограниченным бюджетом спецификации и строгими требованиями к питанию, тогда как микропроцессоры используются в приложениях с огромными требованиями к вычислениям и производительности.