Вибір між мікроконтролером та мікропроцесором

Мозок вбудованого пристрою, який є процесором, є ключовим фактором, що визначає успіх або невдачу пристрою у виконанні завдань, для яких він розроблений. Блок обробки відповідає за кожен процес, що включає вхід від системи до кінцевого результату, тому вибір правильної платформи для мозку стає дуже важливим під час проектування пристрою, оскільки будь-яка інша річ буде залежати від точності цього рішення.

Мікроконтролер та мікропроцесор

Компоненти обробки, що використовуються для вбудованих пристроїв, можна розділити на дві великі категорії; Мікроконтролери та мікропроцесори.

Мікроконтролери - це невеликі обчислювальні пристрої на одному мікросхемі, які містять одне або кілька процесорних ядер, із пристроями пам'яті, вбудованими поряд із програмованими портами вводу-виводу (вводу-виводу) спеціального та загального призначення. Вони використовуються особливо в додатках, де потрібно виконувати лише певні повторювані завдання. Ми вже обговорювали вибір правильного мікроконтролера для ваших вбудованих проектів.

Мікропроцесори, з іншого боку, - це обчислювальні пристрої загального призначення, які включають усі функції центрального процесора на мікросхемі, але не включають периферійні пристрої, такі як пам'ять та вхідні та вихідні штифти, як мікроконтролер.

Хоча зараз виробники змінюють багато речей, які стирають межу між мікроконтролерами та мікропроцесорами, наприклад використання пам'яті на мікросхемах для мікропроцесорів та здатність мікроконтролерів підключатися до зовнішньої пам'яті, між цими компонентами все ще існують ключові відмінності, і дизайнер буде потрібно вибрати найкращий між ними для конкретного проекту.

Дізнайтеся більше про різницю між мікроконтролером та мікропроцесором.

Фактори, які слід враховувати при виборі MPU або MCU

Перш ніж приймати будь-яке рішення щодо напрямку, що стосується пристрою обробки, який буде використовуватися для проектування вбудованого виробу, важливо розробити проектні специфікації. Розробка проектних специфікацій забезпечує шлях попереднього проектування пристрою, який допомагає детально визначити проблему, яку потрібно вирішити, як її вирішити, висвітлити компоненти, які слід використовувати, та багато іншого. Це допомагає дизайнеру приймати зважені загальні рішення щодо проекту та допомагає визначити, в якому напрямку рухатися для переробного блоку.

Деякі фактори в специфікації конструкції, які необхідно врахувати перед вибором між мікроконтролером та мікропроцесором, описані нижче.

1. Обчислювальна потужність

Обчислювальна потужність - одна з основних (якщо не головна) речей, яку слід враховувати при виборі між мікроконтролером та мікропроцесором. Це один з основних факторів, який нахил використовують для мікропроцесорів. Він вимірюється в DMIPS (Dhrystone Million of Instructions Per Seconds) і представляє кількість інструкцій, які мікроконтролер або мікропроцесор може обробити за секунду. По суті, це вказівка ​​на те, як швидко пристрій може виконати покладене на нього завдання.

Хоча визначення точної обчислювальної потужності, яка потрібна вашій конструкції, може бути дуже складним завданням, можна навчитися здогадуватися, вивчаючи завдання (задачі), який пристрій створюється для виконання та які обчислювальні вимоги цих завдань можуть бути. Наприклад, для розробки пристрою, який вимагає використання повноцінної операційної системи, вбудованої Linux, Windows CE або будь-якої іншої ОС, буде потрібна обчислювальна потужність до 500 DMIPS, що звучить як процесор? Так. Щоб додати його, для запуску операційної системи на пристрої знадобиться блок управління пам’яттю (MMU), що збільшить необхідну потужність обробки. Додатки для пристроїв, що включають багато арифметики, також вимагають дуже високих DMIPSзначень і чим більше математичних / числових обчислень повинен виконувати пристрій, тим більше вимоги до конструкції нахиляються до використання мікропроцесора через необхідну обробну потужність.

Ще одним основним наслідком обчислювальної потужності, який впливає на вибір між мікропроцесорами та мікроконтролерами, є складність або простота таких речей, як користувальницькі інтерфейси. Сьогодні бажано мати кольорові та інтерактивні графічні інтерфейси навіть для самих основних програм. Більшість бібліотек, що використовуються при створенні користувальницьких інтерфейсів, таких як QT, вимагають оброблювальної потужності до 80-100 DMIPS, і чим більше анімацій, зображень та іншого мультимедійного вмісту відображається, тим більша необхідна обробна потужність. Однак простіші користувальницькі інтерфейси на екранах з низькою роздільною здатністю вимагають невеликої обчислювальної потужності, і їх можна живити за допомогою мікроконтролерів, оскільки сьогодні їх досить багато, вони мають вбудовані інтерфейси для взаємодії з різними дисплеями

Окрім деяких згаданих вище основних функцій, важливо зарезервувати деяку обчислювальну потужність для зв'язку та іншої периферії. Хоча більшість наведених вище прикладів, як правило, підтримують використання мікропроцесорів, вони, як правило, дорожчі порівняно з мікроконтролерами і будуть надмірними при використанні в певних рішеннях, наприклад, використання мікропроцесора 500 DMIPS для автоматизації лампочки зробить загальну вартість продукту вище норми і в кінцевому рахунку може призвести до його провалу на ринку.

2. Інтерфейси

Інтерфейс, що використовується для з'єднання різних елементів виробу, є одним із факторів, який слід враховувати, перш ніж вибирати між мікроконтролером та мікропроцесором. Важливо переконатись, що використовуваний процесор має інтерфейси, необхідні для інших компонентів.

Наприклад, з точки зору підключення та комунікацій, більшість мікроконтролерів та мікропроцесорів мають інтерфейси, необхідні для підключення до комунікаційних пристроїв, але коли для високошвидкісних периферійних пристроїв, таких як надшвидкісний інтерфейс USB 3.0, потрібні кілька портів 10/100 Ethernet або порт Gigabit Ethernet, речі нахил у напрямку мікропроцесора, оскільки інтерфейс, необхідний для їх підтримки, зазвичай знаходиться лише на них, оскільки вони більш здатні обробляти та обробляти великі обсяги даних та швидкість передачі цих даних.

Слід підтвердити вплив протоколів, що використовуються для цих інтерфейсів, на обсяг пам'яті, необхідної для прошивки, оскільки вони, як правило, збільшують вимоги до пам'яті. Загальним принципом є використання мікропроцесорної конструкції для програм, які потребують високошвидкісного підключення з великим обсягом даних, що обмінюються, особливо коли система передбачає використання операційної системи.

3. Пам'ять

Ці два пристрої обробки даних по-різному обробляють пам’ять і зберігання даних. Наприклад, мікроконтролери мають вбудовані фіксовані пристрої пам'яті, тоді як мікропроцесори мають інтерфейси, до яких можна підключити пристрої пам'яті. Два основних наслідки цього:

Вартість

Мікроконтролер стає дешевшим рішенням, оскільки не вимагає використання додаткового пристрою пам'яті, тоді як мікропроцесор стає дорогим рішенням, яке буде прийнято через ці додаткові вимоги.

Обмежена пам’ять

Фіксована пам’ять на мікроконтролері обмежує обсяг даних, які можна зберігати на ньому. Ця ситуація не застосовується до процесорів, оскільки вони, як правило, підключені до зовнішніх пристроїв пам'яті. Хорошим прикладом того, коли це обмеження може бути проблемою, є розробка мікропрограми для пристрою. Додавання додаткових кілобайт до розміру коду може зажадати зміни в мікроконтролері, але якщо дизайн базувався на процесорі, нам потрібно буде лише змінити пристрій пам'яті. Таким чином, мікропроцесори пропонують більшу гнучкість роботи з пам'яттю.

Існує кілька інших факторів, заснованих на пам’яті, яку слід враховувати, одним з них є час запуску (завантаження). Наприклад, мікропроцесори зберігають мікропрограму у зовнішній пам’яті (зазвичай це зовнішня пам’ять NAND або послідовна флеш-пам’ять), а при завантаженні мікропрограма завантажується в DRAM процесора. Хоча це відбувається протягом декількох секунд, це може бути не ідеально для певних програм. Мікроконтролер на інший займає менше часу.

Для загальних міркувань швидкості MCU зазвичай виграє завдяки своїй здатності вирішувати найбільш критичні за часом програми через використовуване в них ядро ​​процесора, той факт, що вбудована пам'ять і прошивка, яка використовується з ними, завжди є RTOS або голим металом C.

4. Потужність

Останній момент, який слід врахувати - це споживання енергії. Хоча мікропроцесори мають режими низької потужності, цих режимів не так багато, як тих, що доступні на типовому мікроконтролері, і з зовнішніми компонентами, необхідними для конструкції на основі мікропроцесора, для досягнення режимів низької потужності трохи складніше. Окрім режимів з низьким енергоспоживанням, фактична кількість енергії, споживаної мікроконтролером, набагато нижча, ніж кількість, яку споживає мікропроцесор, оскільки чим більша можливість обробки, тим більша кількість енергії потрібна для підтримання роботи процесора.

Тому мікроконтролери, як правило, знаходять додатки, де потрібні блоки обробки наднизького енергоспоживання , такі як пульти дистанційного керування, побутова електроніка та декілька інтелектуальних пристроїв, де дизайн акцентується на тривалості автономної роботи. Вони також використовуються там, де необхідна сильно детермінована поведінка.

Мікропроцесори, з іншого боку, ідеально підходять для промислових та споживчих додатків, які потребують операційної системи, вимагають обчислень і вимагають високошвидкісного підключення або користувальницького інтерфейсу з великою кількістю медіа-інформації.

Висновок

Існує декілька інших факторів, які служать визначальними для вибору між цими двома платформами, і всі вони підпадають під продуктивність, можливості та бюджет, але загальний вибір стає простішим, коли існує належний попередній дизайн систем та чітко сформульовані вимоги. Мікроконтролери в основному використовуються в рішеннях з дуже вузьким бюджетом специфікації та з суворими вимогами до енергії, тоді як мікропроцесори використовуються в додатках з величезними вимогами до обчислень та продуктивності.