Επιλογή μεταξύ μικροελεγκτή και μικροεπεξεργαστή

Ο εγκέφαλος μιας ενσωματωμένης συσκευής, που είναι η μονάδα επεξεργασίας, είναι καθοριστικός παράγοντας για την επιτυχία ή την αποτυχία της συσκευής στην εκπλήρωση των εργασιών για τις οποίες έχει σχεδιαστεί. Η μονάδα επεξεργασίας είναι υπεύθυνη για κάθε διαδικασία που περιλαμβάνει από την είσοδο στο σύστημα, μέχρι την τελική έξοδο, επιλέγοντας έτσι τη σωστή πλατφόρμα για τον εγκέφαλο καθίσταται πολύ σημαντική κατά τη σχεδίαση της συσκευής, καθώς κάθε άλλο πράγμα θα εξαρτάται από την ακρίβεια αυτής της απόφασης.

Μικροελεγκτής και μικροεπεξεργαστής

Τα στοιχεία επεξεργασίας που χρησιμοποιούνται για ενσωματωμένες συσκευές μπορούν να χωριστούν σε δύο ευρείες κατηγορίες. Μικροελεγκτές και μικροεπεξεργαστές.

Οι μικροελεγκτές είναι μικρές υπολογιστικές συσκευές σε ένα μόνο τσιπ που περιέχουν έναν ή περισσότερους πυρήνες επεξεργασίας, με συσκευές μνήμης ενσωματωμένες παράλληλα με προγραμματιζόμενες θύρες εισόδου και εξόδου (I / O) ειδικού και γενικού σκοπού. Χρησιμοποιούνται ειδικά σε εφαρμογές όπου πρέπει να εκτελούνται μόνο συγκεκριμένες επαναλαμβανόμενες εργασίες. Έχουμε ήδη συζητήσει για την επιλογή του σωστού μικροελεγκτή για τα ενσωματωμένα έργα σας.

Οι μικροεπεξεργαστές από την άλλη πλευρά είναι συσκευές υπολογιστικής γενικής χρήσης που ενσωματώνουν όλες τις λειτουργίες της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας σε ένα τσιπ, αλλά δεν περιλαμβάνουν περιφερειακά όπως μνήμη και καρφίτσες εισόδου και εξόδου όπως ο μικροελεγκτής.

Παρόλο που οι κατασκευαστές αλλάζουν τώρα πολλά πράγματα που θολώνουν τη γραμμή μεταξύ μικροελεγκτών και μικροεπεξεργαστών, όπως η χρήση μνήμης σε τσιπ για μικροεπεξεργαστές και η ικανότητα μικροελεγκτών να συνδεθούν σε εξωτερική μνήμη, εξακολουθούν να υπάρχουν βασικές διαφορές μεταξύ αυτών των στοιχείων και ο σχεδιαστής θα πρέπει να επιλέξετε το καλύτερο μεταξύ τους για ένα συγκεκριμένο έργο.

Μάθετε περισσότερα σχετικά με τη διαφορά μεταξύ Μικροελεγκτή και Μικροεπεξεργαστή.

Παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή ενός MPU ή MCU

Πριν λάβετε οποιαδήποτε απόφαση σχετικά με την κατεύθυνση που πρέπει να ακολουθήσετε όσον αφορά τη συσκευή επεξεργασίας που θα χρησιμοποιηθεί για το σχεδιασμό ενός ενσωματωμένου προϊόντος, είναι σημαντικό να αναπτύξετε τις προδιαγραφές σχεδιασμού. Η ανάπτυξη των προδιαγραφών σχεδίασης παρέχει έναν δρόμο για την προ-σχεδίαση της συσκευής που βοηθά στον προσδιορισμό λεπτομερώς, το πρόβλημα που πρέπει να λυθεί, πώς πρέπει να λυθεί, επισημαίνει τα συστατικά που πρέπει να χρησιμοποιηθούν και πολλά άλλα. Αυτό βοηθά τον σχεδιαστή να λαμβάνει ενημερωμένες γενικές αποφάσεις σχετικά με το έργο και βοηθά στον καθορισμό της κατεύθυνσης που πρέπει να ταξιδέψετε για τη μονάδα επεξεργασίας.

Μερικοί από τους παράγοντες στην προδιαγραφή σχεδιασμού που πρέπει να ληφθούν υπόψη πριν από την επιλογή μεταξύ ενός μικροελεγκτή και ενός μικροεπεξεργαστή περιγράφονται παρακάτω.

1. Ισχύς επεξεργασίας

Η ισχύς επεξεργασίας είναι ένα από τα κύρια (αν όχι τα κύρια) πράγματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή μεταξύ ενός μικροελεγκτή και ενός μικροεπεξεργαστή. Είναι ένας από τους κύριους παράγοντες που χρησιμοποιούν την κλίση στους μικροεπεξεργαστές. Μετράται σε DMIPS (Dhrystone Million of Instructions Per Seconds) και αντιπροσωπεύει τον αριθμό των εντολών που ένας μικροελεγκτής ή ένας μικροεπεξεργαστής μπορεί να επεξεργαστεί σε ένα δευτερόλεπτο. Είναι ουσιαστικά μια ένδειξη για το πόσο γρήγορα μια συσκευή μπορεί να ολοκληρώσει μια εργασία που της έχει ανατεθεί.

Ενώ ο προσδιορισμός της ακριβούς υπολογιστικής δύναμης που απαιτεί ο σχεδιασμός σας μπορεί να είναι μια πολύ δύσκολη εργασία, μπορεί να γίνει μια σωστή εκτίμηση, εξετάζοντας τις εργασίες, η συσκευή δημιουργείται για να εκτελέσει και ποιες είναι οι υπολογιστικές απαιτήσεις αυτών των εργασιών. Για παράδειγμα, η ανάπτυξη μιας συσκευής που απαιτεί τη χρήση ενός πλήρους λειτουργικού συστήματος είτε ενσωματωμένου Linux, windows CE ή οποιουδήποτε άλλου λειτουργικού συστήματος θα απαιτούσε ισχύ επεξεργασίας έως και 500 DMIPS, να μοιάζει με επεξεργαστή; Ναί. Για να το προσθέσετε, για την εκτέλεση ενός λειτουργικού συστήματος σε μια συσκευή απαιτείται μονάδα διαχείρισης μνήμης (MMU) η οποία θα αυξήσει την απαιτούμενη ισχύ επεξεργασίας. Οι εφαρμογές συσκευών που περιλαμβάνουν πολλά αριθμητικά απαιτούν επίσης πολύ υψηλό DMIPSτιμές και όσο περισσότερα τα μαθηματικά / αριθμητικοί υπολογισμοί πρόκειται να εκτελέσει η συσκευή, τόσο περισσότερο οι απαιτήσεις σχεδιασμού κλίνουν προς τη χρήση ενός μικροεπεξεργαστή λόγω της απαιτούμενης ισχύος επεξεργασίας.

Μια άλλη κύρια επίπτωση της ισχύος επεξεργασίας που επηρεάζει την επιλογή μεταξύ μικροεπεξεργαστών και μικροελεγκτών είναι η πολυπλοκότητα ή η απλότητα πραγμάτων όπως διεπαφές χρήστη. Είναι επιθυμητό σήμερα να έχουμε πολύχρωμα και διαδραστικά γραφικά γραφικά ακόμη και για τις πιο βασικές εφαρμογές. Οι περισσότερες βιβλιοθήκες που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία διεπαφών χρήστη όπως το QT απαιτούν ισχύ επεξεργασίας έως και 80 - 100 DMIPS και όσο περισσότερα κινούμενα σχέδια, εικόνες και άλλα περιεχόμενα πολυμέσων θα εμφανίζονται, τόσο μεγαλύτερη είναι η απαιτούμενη ισχύς επεξεργασίας. Ωστόσο, οι απλούστερες διεπαφές χρήστη σε οθόνες χαμηλής ανάλυσης απαιτούν λίγη ισχύ επεξεργασίας και μπορούν να τροφοδοτηθούν με χρήση μικροελεγκτών, καθώς αρκετές από αυτές τις μέρες, έρχονται με ενσωματωμένες διεπαφές για αλληλεπίδραση με διαφορετικές οθόνες

Εκτός από ορισμένες από τις βασικές λειτουργίες που αναφέρθηκαν παραπάνω, είναι σημαντικό να διατηρήσετε κάποια επεξεργαστική ισχύ για επικοινωνίες και άλλα περιφερειακά. Αν και τα περισσότερα παραδείγματα που δίνονται παραπάνω τείνουν να υποστηρίζουν τη χρήση μικροεπεξεργαστών, είναι γενικά πιο ακριβά σε σύγκριση με τους μικροελεγκτές και θα είναι υπερβολική όταν χρησιμοποιείται σε ορισμένες λύσεις, για παράδειγμα χρησιμοποιώντας έναν μικροεπεξεργαστή 500 DMIPS για την αυτοματοποίηση ενός λαμπτήρα θα κάνει το συνολικό κόστος του προϊόντος υψηλότερο από το κανονικό και θα μπορούσε τελικά να οδηγήσει σε αποτυχία του στην αγορά.

2. Διεπαφές

Η διεπαφή που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση διαφορετικών στοιχείων του προϊόντος είναι ένας από τους παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη πριν από την επιλογή μεταξύ ενός μικροελεγκτή και ενός μικροεπεξεργαστή. Είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι η μονάδα επεξεργασίας που θα χρησιμοποιηθεί έχει τις διεπαφές που απαιτούνται από τα άλλα συστατικά.

Για παράδειγμα, από τη σκοπιά της συνδεσιμότητας και των επικοινωνιών, οι περισσότεροι μικροελεγκτές και μικροεπεξεργαστές διαθέτουν τις διεπαφές που απαιτούνται για τη σύνδεση σε συσκευές επικοινωνίας, αλλά όταν απαιτούνται περιφερειακά επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας, όπως η διασύνδεση USB Super Super Speed, πολλαπλές θύρες Ethernet 10/100 ή θύρα Gigabit Ethernet, πράγματα Η κλίση προς την κατεύθυνση του Μικροεπεξεργαστή καθώς η διεπαφή που απαιτείται για την υποστήριξη αυτών βρίσκεται γενικά μόνο σε αυτούς επειδή είναι πιο ικανοί να χειρίζονται και να επεξεργάζονται τις μεγάλες ποσότητες δεδομένων και την ταχύτητα με την οποία μεταφέρονται αυτά τα δεδομένα.

Ο αντίκτυπος των πρωτοκόλλων που χρησιμοποιούνται για αυτές τις διεπαφές στην ποσότητα μνήμης που απαιτείται για το υλικολογισμικό θα πρέπει να επιβεβαιωθεί καθώς τείνουν να αυξάνουν τις απαιτήσεις μνήμης. Είναι ένας γενικός κανόνας ότι ένας σχεδιασμός που βασίζεται σε μικροεπεξεργαστή, θα υιοθετηθεί για εφαρμογές που απαιτούν συνδεσιμότητα υψηλής ταχύτητας με μεγάλη ποσότητα δεδομένων που ανταλλάσσονται ειδικά όταν το σύστημα περιλαμβάνει τη χρήση ενός λειτουργικού συστήματος.

3. Μνήμη

Αυτές οι δύο συσκευές επεξεργασίας δεδομένων χειρίζονται τη μνήμη και την αποθήκευση δεδομένων με διαφορετικό τρόπο. Οι μικροελεγκτές, για παράδειγμα, διαθέτουν ενσωματωμένες, σταθερές συσκευές μνήμης, ενώ οι μικροεπεξεργαστές έρχονται με διεπαφές στις οποίες μπορούν να συνδεθούν συσκευές μνήμης. Δύο σημαντικές συνέπειες είναι:

Κόστος

Ο μικροελεγκτής γίνεται μια φθηνότερη λύση, καθώς δεν απαιτεί τη χρήση μιας πρόσθετης συσκευής μνήμης, ενώ ο μικροεπεξεργαστής γίνεται μια ακριβή λύση που πρέπει να υιοθετηθεί λόγω αυτών των πρόσθετων απαιτήσεων.

Περιορισμένη μνήμη

Η σταθερή μνήμη στον μικροελεγκτή καθιστά περιορισμένη την ποσότητα δεδομένων που μπορούν να αποθηκευτούν σε αυτόν. Αυτή είναι μια κατάσταση που δεν ισχύει για τους επεξεργαστές, καθώς συνήθως συνδέονται με εξωτερικές συσκευές μνήμης. Ένα καλό παράδειγμα για το πότε αυτός ο περιορισμός μπορεί να είναι πρόβλημα είναι κατά την ανάπτυξη υλικολογισμικού για τη συσκευή. Η προσθήκη επιπρόσθετων kilobyte στο μέγεθος του κωδικού ενδέχεται να απαιτεί αλλαγή στον μικροελεγκτή για να χρησιμοποιηθεί, αλλά εάν ο σχεδιασμός βασίστηκε σε έναν επεξεργαστή, θα χρειαστεί μόνο να αλλάξουμε τη συσκευή μνήμης. Έτσι, οι μικροεπεξεργαστές προσφέρουν περισσότερη ευελιξία στη μνήμη.

Υπάρχουν πολλοί άλλοι παράγοντες που βασίζονται στη μνήμη που πρέπει να ληφθεί υπόψη, ένας από αυτούς είναι ο χρόνος εκκίνησης (εκκίνησης). Οι μικροεπεξεργαστές, για παράδειγμα, αποθηκεύουν το υλικολογισμικό σε μια εξωτερική μνήμη (Συνήθως μια εξωτερική μνήμη NAND ή Serial Flash) και κατά την εκκίνηση, το υλικολογισμικό φορτώνεται στο DRAM του επεξεργαστή. Αν και αυτό συμβαίνει μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, μπορεί να μην είναι ιδανικό για ορισμένες εφαρμογές. Ο μικροελεγκτής από την άλλη διαρκεί λιγότερο χρόνο.

Για γενικούς λόγους ταχύτητας, το MCU κερδίζει συνήθως λόγω της ικανότητάς του να αντιμετωπίζει τις πιο κρίσιμες εφαρμογές χρόνου λόγω του πυρήνα του επεξεργαστή που χρησιμοποιείται σε αυτά, το γεγονός ότι η μνήμη είναι ενσωματωμένη και το υλικολογισμικό που χρησιμοποιείται μαζί τους είναι πάντα είτε RTOS είτε bare metal ΝΤΟ.

4. Ισχύς

Ένα τελευταίο σημείο που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι η κατανάλωση ενέργειας Ενώ οι μικροεπεξεργαστές έχουν λειτουργίες χαμηλής ισχύος, αυτές οι λειτουργίες δεν είναι τόσο πολλές όσο αυτές που είναι διαθέσιμες σε ένα τυπικό MCU και με τα εξωτερικά εξαρτήματα που απαιτούνται από έναν σχεδιασμό που βασίζεται σε μικροεπεξεργαστή, είναι ελαφρώς πιο περίπλοκο να επιτευχθούν τρόποι χαμηλής ισχύος. Εκτός από τις λειτουργίες χαμηλής ισχύος, η πραγματική ποσότητα ισχύος που καταναλώνεται από ένα MCU είναι πολύ χαμηλότερη από αυτήν που καταναλώνει ένας μικροεπεξεργαστής, επειδή όσο μεγαλύτερη είναι η ικανότητα επεξεργασίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα ισχύος που απαιτείται για να διατηρηθεί ο επεξεργαστής σε λειτουργία.

Επομένως, οι μικροελεγκτές τείνουν να βρίσκουν εφαρμογές όπου απαιτούνται μονάδες επεξεργασίας εξαιρετικά χαμηλής ισχύος, όπως τηλεχειριστήρια, ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης και πολλές έξυπνες συσκευές όπου η σχεδιαστική έμφαση δίνεται στη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Χρησιμοποιούνται επίσης όπου απαιτείται μια ιδιαίτερα ντετερμινιστική συμπεριφορά.

Οι μικροεπεξεργαστές από την άλλη πλευρά είναι ιδανικοί για βιομηχανικές και καταναλωτικές εφαρμογές που απαιτούν λειτουργικό σύστημα, απαιτούν υπολογισμούς και απαιτούν συνδεσιμότητα υψηλής ταχύτητας ή διεπαφή χρήστη με πολλές πληροφορίες πολυμέσων.

συμπέρασμα

Υπάρχουν πολλοί άλλοι παράγοντες και χρησιμεύουν ως καθοριστικοί παράγοντες για την επιλογή μεταξύ αυτών των δύο πλατφορμών και όλοι εμπίπτουν στην απόδοση, την ικανότητα και τον προϋπολογισμό, αλλά η συνολική επιλογή γίνεται ευκολότερη όταν υπάρχει σωστή προ-σχεδίαση συστημάτων και οι απαιτήσεις δηλώνονται σαφώς. Οι μικροελεγκτές χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον σε λύσεις με πολύ περιορισμένο προϋπολογισμό BOM και με αυστηρές απαιτήσεις ισχύος, ενώ οι μικροεπεξεργαστές χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές με τεράστιες απαιτήσεις υπολογισμού και απόδοσης.