- Mikrocontroller og mikroprocessor
- Faktorer, der skal overvejes, når du vælger en MPU eller MCU
- 1. Behandlingskraft
- 2. Grænseflader
- 3. Hukommelse
- 4. Strøm
- Konklusion
Hjernen på en indlejret enhed, som er behandlingsenheden, er en nøglebestemmende faktor for enhedens succes eller fiasko med at udføre den eller de opgaver, den er designet til. Behandlingsenheden er ansvarlig for enhver proces, der involverer fra input til systemet til den endelige output, og det bliver derfor meget vigtigt at vælge den rigtige platform til hjernen under enhedens design, da enhver anden ting vil afhænge af nøjagtigheden af denne beslutning.
Mikrocontroller og mikroprocessor
De behandlingskomponenter, der bruges til indlejrede enheder, kan opdeles i to brede kategorier; Mikrocontrollere og mikroprocessorer.
Mikrocontrollere er små computerenheder på en enkelt chip, der indeholder en eller flere processorkerner med hukommelsesenheder indlejret sammen med programmerbare specielle og generelle input- og outputporte (I / O). De bruges især i applikationer, hvor kun specifikke gentagne opgaver skal udføres. Vi har allerede diskuteret om valg af den rigtige mikrocontroller til dine indlejrede projekter.
Mikroprocessorer er på den anden side computere til generelle formål, der inkorporerer alle funktionerne i den centrale behandlingsenhed på en chip, men inkluderer ikke perifert udstyr som hukommelse og input- og outputstifter som mikrocontrolleren.
Selvom producenter nu ændrer mange ting, der slører grænsen mellem mikrocontrollere og mikroprocessorer som brugen af hukommelse på chips til mikroprocessorer og mikrokontrollers evne til at oprette forbindelse til en ekstern hukommelse, findes der stadig vigtige forskelle mellem disse komponenter og designeren har brug for at vælge det bedste mellem dem til et bestemt projekt.
Lær mere om forskellen mellem mikrokontroller og mikroprocessor.
Faktorer, der skal overvejes, når du vælger en MPU eller MCU
Inden der træffes en beslutning om, hvilken retning man skal gå med hensyn til behandlingsenheden, der skal bruges til design af et integreret produkt, er det vigtigt at udvikle designspecifikationerne. Udvikling af designspecifikationerne giver en mulighed for enhedsudformning, der hjælper med at identificere detaljer, det problem, der skal løses, hvordan det skal løses, fremhæver de komponenter, der skal bruges og meget mere. Dette hjælper designeren med at træffe informerede generelle beslutninger om projektet og hjælper med at bestemme, hvilken retning man skal køre for behandlingsenheden.
Nogle af de faktorer i designspecifikationen, der skal overvejes, inden der vælges mellem en mikrocontroller og en mikroprocessor, er beskrevet nedenfor.
1. Behandlingskraft
Behandlingskraft er en af de vigtigste (hvis ikke de vigtigste) ting, der skal overvejes, når man vælger mellem en mikrocontroller og en mikroprocessor. Det er en af de vigtigste faktorer, der vippes til mikroprocessorer. Det måles i DMIPS (Dhrystone Million of Instructions Per Seconds) og repræsenterer antallet af instruktioner, som en mikrocontroller eller mikroprocessor kan behandle på et sekund. Det er i det væsentlige en indikation af, hvor hurtigt en enhed kan gennemføre en opgave, der er tildelt den.
Mens bestemmelse af den nøjagtige beregningskraft, som dit design kræver, kan være en meget vanskelig opgave, kan der laves et veluddannet gæt ved at undersøge de (n) opgave (r), enheden oprettes til at udføre, og hvad beregningskravene til disse opgaver kan være. For eksempel vil udviklingen af en enhed, der kræver brug af et komplet operativsystem, enten indlejret Linux, windows CE eller et hvilket som helst af de andre operativsystemer kræve en processorkraft på op til 500 DMIPS, der lyder som en processor? Ja. For at tilføje til det kræver kørsel af et operativsystem på en enhed en hukommelsesstyringsenhed (MMU), som øger den krævede processorkraft. Enhedsapplikationer, der involverer meget aritmetik, kræver også meget høj DMIPSværdier og jo mere matematik / numeriske beregninger enheden skal udføre, jo mere vipper designkravene mod brugen af en mikroprocessor på grund af den krævede processorkraft.
En anden hovedimplikation af processorkraft, der påvirker valget mellem mikroprocessorer og mikrocontrollere, er kompleksiteten eller enkelheden i ting som brugergrænseflader. Det er en ønskelig ting i disse dage at have farverige og interaktive GUI'er, selv til de mest basale applikationer. De fleste biblioteker, der bruges til at oprette brugergrænseflader som QT, kræver processorkraft så meget som 80 - 100 DMIPS, og jo flere animationer, billeder og andet multimedieindhold der skal vises, jo mere er den krævede processorkraft. Enklere brugergrænseflader på skærme med lav opløsning kræver dog lidt processorkraft og kan drives ved hjælp af mikrokontrollere, da ganske mange af disse i disse dage kommer med indlejrede grænseflader til at interagere med forskellige skærme
Bortset fra nogle af de ovennævnte kernefunktioner er det vigtigt at reservere noget processorkraft til kommunikation og andet perifert udstyr. Selvom de fleste eksempler, der er givet ovenfor, har tendens til at understøtte brugen af mikroprocessorer, er de generelt dyrere sammenlignet med mikrokontrollere og vil være en overkill, når de anvendes i visse løsninger, for eksempel ved at bruge en 500 DMIPS mikroprocessor til at automatisere en pære, vil de samlede omkostninger af produktet højere end normalt og i sidste ende kan føre til, at det svigter på markedet.
2. Grænseflader
Grænsefladen, der skal bruges til at forbinde forskellige elementer i produktet, er en af de faktorer, der skal overvejes, inden der vælges mellem en mikrocontroller og en mikroprocessor. Det er vigtigt at sikre, at den behandlingsenhed, der skal bruges, har de grænseflader, der kræves af de andre komponenter.
Fra f.eks. Tilslutnings- og kommunikationsstandpunkt har de fleste mikrocontrollere og mikroprocessorer de grænseflader, der kræves for at oprette forbindelse til kommunikationsenheder, men når der kræves højhastighedskommunikationsudstyr som superhastighed USB 3.0-interface, flere 10/100 Ethernet-porte eller Gigabit Ethernet-port kræves ting vippe i retning af mikroprocessoren, da det interface, der kræves for at understøtte disse, generelt kun findes på dem, fordi de er mere i stand til at håndtere og behandle de store datamængder og den hastighed, hvormed disse data overføres.
Virkningen af protokollerne, der bruges til disse grænseflader på den mængde hukommelse, der kræves til firmwaren, skal bekræftes, da de har tendens til at øge hukommelseskravene. Det er en generel tommelfingerregel, at et mikroprocessorbaseret design vedtages til applikationer, der kræver højhastighedsforbindelse med stor mængde data, der udveksles, især når systemet involverer brugen af et operativsystem.
3. Hukommelse
Disse to databehandlingsenheder håndterer hukommelse og datalagring forskelligt. Mikrocontrollere leveres for eksempel med indlejrede, faste hukommelsesenheder, mens mikroprocessorer leveres med grænseflader, som hukommelsesenheder kan tilsluttes. To store konsekvenser af dette er;
Koste
Mikrocontrolleren bliver en billigere løsning, da den ikke kræver brug af en ekstra hukommelsesenhed, mens mikroprocessoren bliver en dyr løsning, der skal vedtages på grund af disse yderligere krav.
Begrænset hukommelse
Den faste hukommelse på mikrokontrolleren begrænser den mængde data, der kan lagres på den. Dette er en situation, der ikke gælder for processorer, da de normalt er tilsluttet eksterne hukommelsesenheder. Et godt eksempel på, hvornår denne begrænsning kan være et problem, er når der udvikles firmware til enheden. Tilføjelse af yderligere kilobyte til kodestørrelsen kan kræve, at der bruges en ændring i mikrocontrolleren, men hvis designet var baseret på en processor, behøver vi kun at ændre hukommelsesenheden. Således tilbyder mikroprocessorer mere fleksibilitet med hukommelse.
Der er flere andre faktorer, der er baseret på hukommelsen, der skal overvejes, en af dem er opstartstiden. Mikroprocessorerne lagrer f.eks. Firmwaren på en ekstern hukommelse (normalt en ekstern NAND- eller seriel flashhukommelse), og når den startes, indlæses firmwaren i processorens DRAM. Selvom dette finder sted inden for et par sekunder, er det muligvis ikke ideelt til visse applikationer. Den mikrocontroller på den anden tager mindre tid.
Af generelle hastighedsovervejelser vinder MCU normalt på grund af sin evne til at adressere de mest tidskritiske applikationer på grund af den processorkerne, der bruges i dem, det faktum, at hukommelsen er indlejret, og den firmware, der bruges sammen med dem, er altid enten et RTOS eller bare metal C.
4. Strøm
Et sidste punkt at overveje er strømforbrug. Mens mikroprocessorer har lavt strømtilstande, er disse tilstande ikke så mange som dem, der er tilgængelige på en typisk MCU, og med de eksterne komponenter, der kræves af et mikroprocessorbaseret design, er det lidt mere komplekst at opnå lavt strømtilstande. Bortset fra lavt strømtilstande er den faktiske mængde strøm, der forbruges af en MCU, meget lavere end hvad en mikroprocessor bruger, fordi jo større processorkapacitet, jo mere kræves den mængde strøm, der kræves for at holde processoren i gang.
Mikrocontrollere har derfor en tendens til at finde applikationer, hvor der kræves ultra-lav effektbehandlingsenheder , såsom fjernbetjeninger, forbrugerelektronik og flere smarte enheder, hvor designvægten lægges på batteriets levetid. De bruges også, hvor der er behov for en meget deterministisk adfærd.
På den anden side er mikroprocessorer ideelle til industrielle og forbrugerapplikationer, der kræver et operativsystem, er beregningskrævende og kræver højhastighedsforbindelse eller en brugergrænseflade med masser af medieinformation.
Konklusion
Flere andre faktorer eksisterer og tjener som afgørende faktorer for valg mellem disse to platforme og alle falder under ydeevne, kapacitet og budget, men det samlede valg bliver lettere, når et korrekt system forud design er på plads og kravene klart angivet. Mikrocontrollere bruges for det meste i løsninger med et meget stramt BOM-budget og med strenge strømkrav, mens mikroprocessorer bruges i applikationer med enorme beregnings- og ydelseskrav.