PCB Блог - FPGA и микроконтроллер

FPGA - это интегральный чип, состоящий в основном из цифровых схем и относящийся к программируемому логическому устройству (PLD); Появление FPGA как полунастраиваемой схемы в области специализированных интегральных схем (ASIC) не только устраняет недостатки настраиваемых схем, но и преодолевает ограничения на количество программируемых дверных схем в оригинальных программируемых элементах. Он обладает характеристиками гибкости и реконструируемости и широко используется в таких областях, как связь, цифровая обработка сигналов и встроенные системы. Это программируемое логическое устройство, состоящее из программируемых логических элементов и программируемых взаимосвязанных ресурсов.

Микроконтроллер - это чип интегральных схем, который использует технологию сверхбольших интегральных схем для интеграции возможностей обработки данных, таких как центральный процессор (CPU), память с случайным доступом (RAM), память только для чтения (ROM), различные порты ввода / вывода и системы прерывания. Небольшая и всеобъемлющая микрокомпьютерная система, состоящая из таких функций, как таймеры / счетчики, встроенные в один кремниевый чип (также могут включать схемы привода дисплея, схемы с модуляцией ширины импульса, аналоговые мультиплексы, преобразователи A / D и т.д.), широко используется в области промышленного управления.

Разница между FPGA и микроконтроллером

1) Производительность

При сравнении производительности FPGA и микроконтроллеров необходимо учитывать характер задач, которые они предназначены для выполнения. FPGA хорошо справляется с параллельной обработкой задач, в то время как микроконтроллеры оптимизированы для последовательной обработки.

FPGA может выполнять несколько операций одновременно. Эта параллелизм позволяет FPGA достигать высокой производительности в приложениях, требующих параллельной обработки, таких как цифровая обработка сигналов, обработка изображений и криптография. Например, FPGA может одновременно обрабатывать несколько потоков данных, что позволяет обрабатывать сигналы с высокой пропускной способностью или изображения с высоким разрешением в режиме реального времени.

Микроконтроллеры предназначены для последовательной обработки задач. Их производительность определяется такими факторами, как тактовая скорость ЦП, архитектура и набор команд.

2) Потребление энергии

Потребление энергии является ключевым фактором, который необходимо учитывать при сравнении FPGA и микроконтроллеров, поскольку это влияет на общую эффективность системы, срок службы батареи и тепловое управление.

Обычно FPGA потребляет больше энергии, чем микроконтроллер. Потребление энергии FPGA зависит от таких факторов, как количество активных логических компонентов, частота переключателей и активность ввода / вывода. В приложениях, требующих высокопроизводительной параллельной обработки, преимущества производительности, предоставляемые FPGA, могут увеличить энергопотребление.

Микроконтроллеры обычно потребляют меньше энергии, чем FPGA. Их энергопотребление в основном зависит от таких факторов, как тактовая скорость процессора, активность периферийных устройств и функции управления питанием, реализованные в устройстве. Многие микроконтроллеры включают в себя расширенные функции управления питанием, такие как режим сна и динамическое регулирование напряжения, что может еще больше снизить потребление энергии в течение низких периодов активности.

3) Гибкость и индивидуализация

Благодаря своей программируемой архитектуре FPGA обладает высокой гибкостью и настраиваемостью, что позволяет дизайнерам создавать индивидуальные цифровые схемы в соответствии с их конкретными требованиями. Логические блоки, интерконнекты и блоки ввода / вывода в FPGA могут быть настроены для реализации различных цифровых функций, от простых логических дверей до сложных алгоритмов обработки цифровых сигналов.

4) Время разработки и сложность

Разработка FPGA является более сложной и трудоемкой. Процесс разработки FPGA обычно включает в себя написание кода с использованием языка описания оборудования (HDL), такого как VHDL или Verilog.

Микроконтроллеры, как правило, имеют более простой и быстрый процесс разработки, поскольку они могут программировать на более продвинутых языках программирования и в среде разработки, более знакомой разработчикам программного обеспечения. Использование продвинутых языков, библиотек и фреймворков упрощает процесс разработки и сокращает время, необходимое для реализации и тестирования необходимых функций.

FPGA - это высокоуниверсальная интегральная схема, которая позволяет пользователям создавать пользовательские цифровые схемы, программируя их на аппаратном уровне. Они обеспечивают большую гибкость и идеально подходят для сложных приложений, требующих быстрого прототипирования и перепрофилирования. С другой стороны, микроконтроллер представляет собой компактную интегральную схему, которая объединяет ядро процессора, память и различные периферийные устройства в один чип. Они разработаны специально для конкретных задач и предлагают экономичные решения для простых и среднесложных приложений.