Választás a mikrokontroller és a mikroprocesszor között

A beágyazott eszköz agya, amely a feldolgozó egység, kulcsfontosságú tényező az eszköz sikerének vagy kudarcának abban a feladatban (feladatokban), amelyekre tervezték. A feldolgozó egység felelős minden olyan folyamatért, amely a bemenettől a rendszerig, a végső kimenetig terjed, így az agy számára megfelelő platform kiválasztása nagyon fontos lesz a készülék kialakítása során, mivel minden más dolog a döntés pontosságától függ.

Mikrovezérlő és mikroprocesszor

A beágyazott eszközökhöz használt feldolgozó komponensek két nagy kategóriába sorolhatók; Mikrokontrollerek és mikroprocesszorok.

A mikrokontrollerek kicsi számítási eszközök egyetlen chipen, amelyek egy vagy több feldolgozó magot tartalmaznak, a programozható speciális és általános célú bemeneti és kimeneti (I / O) portok mellé beágyazott memóriaeszközökkel. Különösen azokban az alkalmazásokban használják, ahol csak meghatározott ismétlődő feladatokat kell végrehajtani. Már megbeszéltük a megfelelő mikrovezérlő kiválasztását a beágyazott projektekhez.

A mikroprocesszorok viszont általános célú számítástechnikai eszközök, amelyek a chipen lévő központi processzor összes funkcióját beépítik, de nem tartalmaznak perifériákat, például memóriát, valamint bemeneti és kimeneti csapokat, mint például a mikrovezérlőt.

Bár a gyártók mostanában sok olyan dolgot változtatnak, amelyek elhomályosítják a határt a mikrovezérlők és a mikroprocesszorok között, mint például a memória használata a chipeken a mikroprocesszorok számára és a mikrokontrollerek azon képessége, hogy csatlakozzanak egy külső memóriához, a komponensek között továbbra is léteznek kulcsfontosságú különbségek, és a tervező ki kell választani közülük a legjobbat egy adott projekthez.

Tudjon meg többet a mikrovezérlő és a mikroprocesszor közötti különbségről.

Az MPU vagy MCU kiválasztásakor figyelembe veendő tényezők

Mielőtt bármilyen döntést hozna a beágyazott termék tervezéséhez használt feldolgozó eszköz irányáról, fontos kidolgozni a tervezési specifikációkat. A tervezési specifikációk kidolgozása utat kínál az eszköz előtervezéséhez, amely segít részletesen meghatározni a megoldandó problémát, a megoldást, kiemeli a felhasználandó alkatrészeket és még sok minden mást. Ez segít a tervezőnek megalapozott általános döntések meghozatalában a projekttel kapcsolatban, és segít meghatározni, hogy melyik irányba haladjon a feldolgozó egység.

A tervspecifikáció néhány olyan tényezőjét, amelyet figyelembe kell venni, mielőtt a mikrovezérlő és a mikroprocesszor között választanánk, az alábbiakban ismertetjük.

1. Feldolgozási teljesítmény

A feldolgozási teljesítmény az egyik fő (ha nem a fő) szempont, amelyet figyelembe kell venni a mikrovezérlő és a mikroprocesszor közötti választáskor. Ez az egyik fő tényező, amely a mikroprocesszorok használatát megdönti. Ezt DMIPS-ben (Dhrystone Million of Instructions Per Seconds) mérjük, és az az utasítások száma, amelyet egy mikrovezérlő vagy mikroprocesszor egy másodperc alatt feldolgozhat. Lényegében azt jelzi, hogy egy eszköz milyen gyorsan tudja végrehajtani a hozzá rendelt feladatot.

Míg a tervezéséhez szükséges pontos számítási teljesítmény meghatározása nagyon nehéz feladat lehet, betanított találgatás tehető, megvizsgálva a feladat (oka) t, megvizsgálva a feladatot, az eszköz végrehajtására készülő eszközt és az adott feladatok számítási követelményeit. Például egy olyan eszköz kifejlesztéséhez, amely teljes operációs rendszert igényel, akár beágyazott Linux, akár Windows CE, akár bármely más operációs rendszer, akár 500 DMIPS feldolgozási teljesítményre lenne szükség, processzornak hangozva? Igen. Hozzáadásához az operációs rendszer eszközön történő futtatásához memóriakezelő egységre (MMU) lesz szükség, amely növeli a szükséges feldolgozási teljesítményt. A sok számtant igénylő eszközalkalmazásokhoz szintén nagyon magas DMIPS szükségesértékeket és minél több matematikai / numerikus számítást kell végrehajtania az eszköznek, annál inkább a tervezési követelmények a mikroprocesszor használata felé hajlanak a szükséges feldolgozási teljesítmény miatt.

A mikroprocesszorok és mikrovezérlők közötti választást befolyásoló feldolgozási teljesítmény egy másik fő következménye az olyan dolgok bonyolultsága vagy egyszerűsége, mint a felhasználói felületek. Napjainkban kívánatos dolog, hogy színes és interaktív grafikus felhasználói kezelőfelületek legyenek a legalapvetőbb alkalmazásokhoz is. A felhasználói interfészek, például a QT létrehozásához használt könyvtárak többsége 80-100 DMIPS feldolgozási teljesítményt igényel, és minél több animáció, kép és egyéb multimédiás tartalom jelenik meg, annál nagyobb a szükséges feldolgozási teljesítmény. Az alacsony felbontású képernyőkön megjelenő egyszerűbb felhasználói felületek azonban kevés feldolgozási energiát igényelnek, és mikrovezérlőkkel működtethetők, mivel manapság meglehetősen sokan beágyazott interfészekkel rendelkeznek, hogy különböző kijelzőkkel működjenek

A fent említett néhány alapfunkció mellett fontos, hogy némi feldolgozási energiát fenntartson a kommunikáció és más perifériák számára. Bár a fenti példák többsége általában támogatja a mikroprocesszorok használatát, ezek általában drágábbak a mikrovezérlőkhöz képest, és bizonyos megoldásokban túlkímélőek lesznek, például egy 500 DMIPS mikroprocesszor használata villanykörte automatizálásához meghozza az összes költséget termék normálnál magasabb, és végső soron a piac kudarcához vezethet.

2. Interfészek

A termék különböző elemeinek összekapcsolására szolgáló interfész az egyik tényező, amelyet figyelembe kell venni, mielőtt a mikrovezérlő és a mikroprocesszor között választanánk. Fontos biztosítani, hogy a használandó feldolgozó egység rendelkezik a többi alkatrész által megkövetelt interfésszel.

Például a csatlakozás és a kommunikáció szempontjából a legtöbb mikrovezérlő és mikroprocesszor rendelkezik a kommunikációs eszközökhöz való csatlakozáshoz szükséges interfészekkel, de ha nagy sebességű kommunikációs perifériákra, például a szupergyors USB 3.0 interfészre, több 10/100 Ethernet portra vagy Gigabit Ethernet portra van szükség, billentés a mikroprocesszor irányába, mivel az ezek támogatásához szükséges interfész általában csak rajtuk található meg, mert jobban képesek kezelni és feldolgozni a nagy mennyiségű adatot és az adatok továbbításának sebességét.

Meg kell erősíteni az ezekhez az interfészekhez használt protokollok hatását a firmware-hez szükséges memória mennyiségére, mivel ezek növelik a memóriaigényt. Általános ökölszabály, hogy mikroprocesszor-alapú kialakítást kell elfogadni azokhoz az alkalmazásokhoz, amelyek nagy sebességű kapcsolatot igényelnek, nagy mennyiségű adatcserével, különösen akkor, ha a rendszer operációs rendszert igényel.

3. Memória

Ez a két adatfeldolgozó eszköz eltérően kezeli a memóriát és az adattárolást. A mikrovezérlők például beágyazott, rögzített memóriaeszközökkel, míg a mikroprocesszorok interfészekkel rendelkeznek, amelyekhez memóriaeszközök csatlakoztathatók. Ennek két fő következménye van;

Költség

A mikrokontroller olcsóbb megoldássá válik, mivel nem igényel további memóriaeszköz használatát, míg a mikroprocesszor drága megoldássá válik ezen kiegészítő követelmények miatt.

Korlátozott memória

A mikrovezérlő fix memóriája korlátozza a rajta tárolható adatok mennyiségét. Ez a helyzet nem vonatkozik a processzorokra, mivel általában külső memóriaeszközökhöz vannak csatlakoztatva. Egy jó példa arra, hogy mikor okozhat problémát ez a korlátozás, a készülék firmware-jének fejlesztése. További kilobájtok hozzáadásához a kódmérethez szükség lehet az alkalmazott mikrovezérlő megváltoztatására, de ha a tervezés processzoron alapulna, akkor csak a memóriaeszközt kell cserélnünk. Így a mikroprocesszorok nagyobb rugalmasságot kínálnak a memóriával.

A figyelembe veendő memória alapján számos más tényező létezik, ezek egyike az indítási (indítási) idő. A mikroprocesszorok például tárolják a firmware-t egy külső memórián (általában egy külső NAND vagy Serial Flash memórián), és indításkor a firmware a processzor DRAM-jába kerül. Bár erre néhány másodpercen belül sor kerül, bizonyos alkalmazásokhoz nem biztos, hogy ideális. A másik oldalon lévő mikrovezérlő kevesebb időt igényel.

Általános sebességi megfontolásokból az MCU általában nyer, mivel képes a legidőkritikusabb alkalmazások megcímzésére, mivel a bennük használt processzormag van, az a tény, hogy a memória be van ágyazva, és a velük használt firmware mindig RTOS vagy csupasz fém C.

4. Teljesítmény

Végül figyelembe kell venni az energiafogyasztást. Míg a mikroprocesszorok alacsony fogyasztású üzemmódokkal rendelkeznek, ezek az üzemmódok nem annyi, mint amelyek rendelkezésre állnak egy tipikus MCU-n és a mikroprocesszor alapú tervezés által megkövetelt külső komponensekkel, kissé összetettebb az alacsony fogyasztású üzemmódok elérése. Az alacsony fogyasztású üzemmódoktól eltekintve az MCU tényleges energiafogyasztása sokkal alacsonyabb, mint amit egy mikroprocesszor fogyaszt, mivel minél nagyobb a feldolgozási képesség, annál nagyobb energiaigény szükséges a processzor üzemben tartásához.

A mikrovezérlők ezért hajlamosak olyan alkalmazásokat találni, ahol rendkívül alacsony fogyasztású feldolgozó egységekre van szükség, például távvezérlőkre, szórakoztatóelektronikára és számos intelligens eszközre, ahol a tervezés hangsúlyt fektet az akkumulátor élettartamára. Akkor is alkalmazzák őket, ha erősen determinisztikus viselkedésre van szükség.

A mikroprocesszorok viszont ideálisak ipari és fogyasztói alkalmazásokhoz, amelyek operációs rendszert igényelnek, számításigényesek, nagy sebességű csatlakozást vagy sok médiainformációval rendelkező felhasználói felületet igényelnek.

Következtetés

Számos egyéb tényező létezik és meghatározó tényezőként szolgál a két platform közötti választáshoz, és mindegyik a teljesítmény, a képesség és a költségvetés alá tartozik, de az általános kiválasztás megkönnyíti, ha megfelelő rendszer-előtervezés van érvényben, és a követelmények egyértelműen meg vannak határozva. A mikrovezérlőket leginkább olyan megoldásokban használják, amelyek nagyon szűkös költségkerettel és szigorú teljesítményigénnyel rendelkeznek, míg a mikroprocesszorokat hatalmas számítási és teljesítményigényű alkalmazásokban használják.