Výber medzi mikrokontrolérom a mikroprocesorom

Mozog zabudovaného zariadenia, ktorým je procesorová jednotka, je kľúčovým determinantom úspechu alebo zlyhania zariadenia pri plnení úloh, na ktoré je určený. Procesorová jednotka je zodpovedná za každý proces zahŕňajúci od vstupu do systému až po konečný výstup, takže výber správnej platformy pre mozog sa stáva pri návrhu zariadenia veľmi dôležitým, pretože všetko ostatné bude závisieť od presnosti tohto rozhodnutia.

Mikrokontrolér a mikroprocesor

Súčasti spracovania použité pre zabudované zariadenia možno rozdeliť do dvoch širokých kategórií; Mikroprocesory a mikroprocesory.

Mikrokontroléry sú malé výpočtové zariadenia na jednom čipe, ktoré obsahujú jedno alebo viac procesorových jadier s pamäťovými zariadeniami zabudovanými vedľa programovateľných vstupných a výstupných (I / O) portov na špeciálne účely a na všeobecné účely. Používajú sa najmä v aplikáciách, kde je potrebné vykonávať iba konkrétne opakujúce sa úlohy. O výbere správneho mikrokontroléra pre vaše vložené projekty sme už hovorili.

Mikroprocesory na druhej strane sú výpočtové zariadenia na všeobecné účely, ktoré obsahujú všetky funkcie centrálnej procesorovej jednotky na čipe, ale neobsahujú periférie, ako sú pamäť, a vstupné a výstupné piny, ako je mikrokontrolér.

Aj keď výrobcovia v súčasnosti menia veľa vecí, ktoré stierajú hranice medzi mikrokontrolérmi a mikroprocesormi, ako je využitie pamäte na čipoch pre mikroprocesory a schopnosť mikrokontrolérov pripojiť sa k externej pamäti, medzi týmito komponentmi stále existujú kľúčové rozdiely a návrhár bude je potrebné zvoliť medzi nimi to najlepšie pre konkrétny projekt.

Získajte viac informácií o rozdieloch medzi mikrokontrolérom a mikroprocesorom.

Faktory, ktoré treba brať do úvahy pri výbere MPU alebo MCU

Pred akýmkoľvek rozhodnutím o ďalšom smerovaní, pokiaľ ide o spracovateľské zariadenie, ktoré sa má použiť na návrh zabudovaného produktu, je dôležité vypracovať konštrukčné špecifikácie. Vypracovanie špecifikácií dizajnu poskytuje cestu k predbežnému návrhu zariadenia, ktorá pomáha detailne identifikovať, problém, ktorý sa má vyriešiť, ako sa má vyriešiť, zdôrazňuje komponenty, ktoré sa majú použiť, a oveľa viac. Toto pomáha projektantovi prijímať informované všeobecné rozhodnutia o projekte a pomáha určiť, ktorým smerom sa má procesorová jednotka vydať.

Niektoré z faktorov v špecifikácii návrhu, ktoré je potrebné zohľadniť pred výberom medzi mikrokontrolérom a mikroprocesorom, sú opísané nižšie.

1. Výkon spracovania

Procesný výkon je jednou z hlavných (ak nie hlavných) vecí, ktoré je potrebné brať do úvahy pri výbere medzi mikrokontrolérom a mikroprocesorom. Je to jeden z hlavných faktorov, ktoré nakláňanie využíva u mikroprocesorov. Meria sa v DMIPS (Dhrystone Million of Instructions Per Seconds) a predstavuje počet pokynov, ktoré mikrokontrolér alebo mikroprocesor dokáže spracovať za sekundu. Je to v podstate údaj o tom, ako rýchlo môže zariadenie dokončiť úlohu, ktorá mu bola pridelená.

Aj keď určenie presného výpočtového výkonu, ktorý váš návrh vyžaduje, môže byť veľmi náročná úloha, dá sa urobiť poučený odhad, ktorý je možné preskúmať pri skúmaní úloh, vytvorenia zariadenia, ktoré má vykonať, a tiež od toho, aké môžu byť výpočtové požiadavky týchto úloh. Napríklad vývoj zariadenia, ktoré si vyžaduje použitie celého operačného systému so zabudovaným Linuxom, Windows CE alebo iným OS, by si vyžadoval výpočtový výkon až 500 DMIPS, čo znie ako procesor? Áno. Na doplnenie toho bude pre spustenie operačného systému na zariadení potrebná jednotka správy pamäte (MMU), ktorá zvýši požadovaný výkon spracovania. Aplikácie zariadení, ktoré zahŕňajú veľa aritmetických výpočtov, tiež vyžadujú veľmi vysoké DMIPShodnoty a čím viac matematicko-numerických výpočtov má zariadenie vykonať, tým viac sa konštrukčné požiadavky naklonia smerom k použitiu mikroprocesora z dôvodu požadovaného výpočtového výkonu.

Jedným z ďalších hlavných dôsledkov výpočtovej sily, ktorá ovplyvňuje výber medzi mikroprocesormi a mikrokontrolérmi, je zložitosť alebo jednoduchosť vecí, ako sú používateľské rozhrania. V dnešnej dobe je žiaduce mať farebné a interaktívne grafické používateľské rozhrania aj pre tie najzákladnejšie aplikácie. Väčšina knižníc používaných pri vytváraní používateľských rozhraní, ako je QT, vyžaduje výpočtový výkon až 80 - 100 DMIPS a čím viac animácií, obrázkov a iného multimediálneho obsahu sa má zobraziť, tým vyšší je požadovaný výpočtový výkon. Avšak jednoduchšie užívateľské rozhrania na obrazovkách s nízkym rozlíšením vyžadujú malý výpočtový výkon a môžu byť napájané pomocou mikrokontrolérov, ktorých je v dnešnej dobe pomerne veľa, a preto prichádzajú s integrovanými rozhraniami na interakciu s rôznymi displejmi.

Okrem niektorých vyššie spomenutých základných funkcií je dôležité vyhradiť si istý výkon spracovania pre komunikáciu a ďalšie periférie. Aj keď väčšina vyššie uvedených príkladov má tendenciu podporovať použitie mikroprocesorov, sú všeobecne nákladnejšie v porovnaní s mikrokontrolérmi a pri použití v určitých riešeniach budú predstavovať nadmernú cenu, napríklad použitie mikroprocesora 500 DMIPS na automatizáciu žiarovky spôsobí zvýšenie celkových nákladov. produktu vyššia ako obvykle a mohla by v konečnom dôsledku viesť k jeho zlyhaniu na trhu.

2. Rozhrania

Rozhranie, ktoré sa má použiť na pripojenie rôznych prvkov produktu, je jedným z faktorov, ktoré treba brať do úvahy pred výberom medzi mikrokontrolérom a mikroprocesorom. Je dôležité zabezpečiť, aby použitá procesorová jednotka mala rozhrania vyžadované ostatnými komponentmi.

Napríklad z hľadiska konektivity a komunikácie má väčšina mikrokontrolérov a mikroprocesorov rozhranie potrebné na pripojenie ku komunikačným zariadeniam, ale keď sú potrebné vysokorýchlostné komunikačné periférie, ako napríklad superrýchle rozhranie USB 3.0, viac portov 10/100 Ethernet alebo port Gigabit Ethernet, naklonenie v smere mikroprocesora, pretože rozhranie potrebné na ich podporu sa na nich zvyčajne nachádza iba preto, lebo sú schopné lepšie spracovávať a spracovávať veľké množstvo údajov a rýchlosť, akou sa tieto údaje prenášajú.

Mal by sa potvrdiť vplyv protokolov použitých pre tieto rozhrania na množstvo pamäte požadovanej pre firmvér, pretože majú tendenciu zvyšovať požiadavky na pamäť. Je všeobecným pravidlom, že mikroprocesorový dizajn sa používa pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysokorýchlostné pripojenie s veľkým počtom vymieňaných údajov, najmä ak systém vyžaduje použitie operačného systému.

3. Pamäť

Tieto dve zariadenia na spracovanie údajov pracujú s pamäťou a ukladaním údajov odlišne. Napríklad mikrokontroléry sa dodávajú so zabudovanými pevnými pamäťovými zariadeniami, zatiaľ čo mikroprocesory s rozhraniami, ku ktorým je možné pripojiť pamäťové zariadenia. To má dva hlavné dôsledky;

Náklady

Mikrokontrolér sa stáva lacnejším riešením, pretože nevyžaduje použitie ďalšieho pamäťového zariadenia, zatiaľ čo mikroprocesor sa stáva nákladným riešením, ktoré je potrebné prijať z dôvodu týchto ďalších požiadaviek.

Obmedzená pamäť

Pevná pamäť na mikrokontroléri obmedzuje množstvo dát, ktoré je možné na ňu uložiť. Toto nie je situácia, ktorá sa netýka procesorov, pretože sú zvyčajne pripojené k externým pamäťovým zariadeniam. Dobrým príkladom toho, kedy môže byť toto obmedzenie problémom, je vývoj firmvéru zariadenia. Pridanie ďalších kilobajtov k veľkosti kódu môže vyžadovať zmenu použitého mikrokontroléra, ale ak bol návrh založený na procesore, bude potrebné zmeniť iba pamäťové zariadenie. Mikroprocesory teda ponúkajú väčšiu flexibilitu s pamäťou.

Existuje niekoľko ďalších faktorov založených na pamäti, ktoré treba brať do úvahy, jedným z nich je čas spustenia (bootovania). Mikroprocesory napríklad ukladajú firmvér do externej pamäte (zvyčajne do externej pamäte NAND alebo Serial Flash) a pri bootovaní sa firmvér nahráva do pamäte DRAM procesora. Aj keď k tomu dôjde v priebehu niekoľkých sekúnd, nemusí to byť pre niektoré aplikácie ideálne. Mikroradič na druhej strane zaberie menej času.

Pre všeobecné úvahy o rýchlosti obvykle vyhráva MCU vďaka svojej schopnosti adresovať najkritickejšie aplikácie z dôvodu použitého jadra procesora, skutočnosti, že je vstavaná pamäť a použitý firmvér je vždy RTOS alebo holý kov C.

4. Sila

Posledným bodom, ktorý je potrebné zvážiť, je spotreba energie. Zatiaľ čo mikroprocesory majú režimy nízkej spotreby, týchto režimov nie je toľko ako tých, ktoré sú k dispozícii na typickom MCU a s externými komponentmi vyžadovanými dizajnom založeným na mikroprocesore, je dosiahnutie režimov nízkej spotreby o niečo zložitejšie. Okrem režimov nízkej spotreby je skutočné množstvo energie spotrebovanej procesorom MCU oveľa nižšie ako to, ktoré spotrebuje mikroprocesor, pretože čím väčšia je kapacita spracovania, tým väčšie množstvo energie je potrebné na udržanie chodu procesora.

Mikrokontroléry preto majú tendenciu hľadať aplikácie, kde sú potrebné jednotky na spracovanie s veľmi nízkym výkonom, ako sú diaľkové ovládače, spotrebná elektronika a niekoľko inteligentných zariadení, kde sa pri konštrukcii kladie dôraz na životnosť batérie. Používajú sa tiež tam, kde je potrebné vysoko deterministické správanie.

Mikroprocesory sú na druhej strane ideálne pre priemyselné a spotrebiteľské aplikácie, ktoré vyžadujú operačný systém, sú náročné na výpočty a vyžadujú vysokorýchlostné pripojenie alebo používateľské rozhranie s množstvom informácií o médiách.

Záver

Existuje niekoľko ďalších faktorov, ktoré slúžia ako determinanty pre výber medzi týmito dvoma platformami a všetky spadajú do oblasti výkonu, schopností a rozpočtu, ale celkový výber sa uľahčí, keď bude k dispozícii vhodný predbežný návrh systémov a jasne stanovené požiadavky. Mikroprocesory sa väčšinou používajú v riešeniach s veľmi obmedzeným rozpočtom kusovníka a so striktnými požiadavkami na napájanie, zatiaľ čo mikroprocesory sa používajú v aplikáciách s veľkými požiadavkami na výpočty a výkon.