Избор между микроконтролер и микропроцесор

Мозъкът на вградено устройство, което е процесорът, е ключов фактор, определящ успеха или неуспеха на устройството при изпълнение на задачата (ите), за която е проектирано. Блокът за обработка е отговорен за всеки процес, включващ от входа към системата, до крайния изход, като по този начин изборът на правилната платформа за мозъка става много важен по време на проектирането на устройството, тъй като всяко друго нещо ще зависи от точността на това решение.

Микроконтролер и микропроцесор

Компонентите за обработка, използвани за вградени устройства, могат да бъдат разделени на две широки категории; Микроконтролери и микропроцесори.

Микроконтролерите са малки изчислителни устройства на един чип, които съдържат едно или повече процесорни ядра, с устройства с памет, вградени заедно с програмируеми портове за вход и изход със специално и общо предназначение (I / O). Те се използват особено в приложения, където трябва да се изпълняват само специфични повтарящи се задачи. Вече обсъдихме избора на подходящия микроконтролер за вашите вградени проекти.

Микропроцесорите, от друга страна, са изчислителни устройства с общо предназначение, които включват всички функции на централния процесор на чип, но не включват периферни устройства като памет и входни и изходни щифтове като микроконтролера.

Въпреки че производителите сега променят много неща, които размиват границата между микроконтролери и микропроцесори, като използването на памет върху чипове за микропроцесори и способността на микроконтролерите да се свързват с външна памет, ключовите разлики все още съществуват между тези компоненти и дизайнерът трябва да изберете най-доброто между тях за конкретен проект.

Научете повече за разликата между микроконтролера и микропроцесора.

Фактори, които трябва да се имат предвид при избора на MPU или MCU

Преди да вземете каквото и да е решение по отношение на устройството за обработка, което да се използва за проектиране на вграден продукт, е важно да се разработят проектните спецификации. Разработването на спецификациите на дизайна предоставя възможност за предварително проектиране на устройството, което помага да се идентифицират в детайли, проблемът, който трябва да бъде решен, как той трябва да бъде решен, подчертава компонентите, които трябва да се използват и много други. Това помага на дизайнера да вземе информирани общи решения за проекта и помага да се определи в коя посока да се движи процесорът.

Някои от факторите в спецификацията на проекта, които трябва да бъдат взети предвид преди да изберете между микроконтролер и микропроцесор, са описани по-долу.

1. Мощност за обработка

Мощността за обработка е едно от основните (ако не и основните) неща, които трябва да се вземат предвид при избора между микроконтролер и микропроцесор. Това е един от основните фактори, които накланянето използва за микропроцесорите. Измерва се в DMIPS (Dhrystone Million of Instructions Per Seconds) и представлява броя на инструкциите, които микроконтролер или микропроцесор може да обработи за секунда. Това по същество е индикация за това колко бързо дадено устройство може да изпълни възложена му задача.

Докато определянето на точната изчислителна мощност, която се изисква от вашия проект, може да бъде много трудна задача, може да се направи образовано предположение, като се изследват задачите, устройството се създава да изпълнява и какви могат да бъдат изчислителните изисквания на тези задачи. Например разработването на устройство, което изисква използването на пълна операционна система или вградена Linux, Windows CE или някоя от другите ОС, ще изисква процесорна мощност до 500 DMIPS, звучаща като процесор? Да. За да го добавите, стартирането на операционна система на устройство ще изисква модул за управление на паметта (MMU), който ще увеличи необходимата мощност за обработка. Приложенията за устройства, които включват много аритметика, също изискват много висок DMIPSстойности и колкото повече математически / цифрови изчисления трябва да извърши устройството, толкова повече изискванията за проектиране се накланят към използването на микропроцесор поради необходимата процесорна мощност.

Друго основно въздействие на процесорната мощност, което влияе върху избора между микропроцесори и микроконтролери, е сложността или простотата на неща като потребителски интерфейси. В днешно време е желателно да имате цветни и интерактивни графични интерфейси дори за най-основните приложения. Повечето библиотеки, използвани при създаването на потребителски интерфейси като QT, изискват мощност на обработка до 80 - 100 DMIPS и колкото повече анимации, изображения и друго мултимедийно съдържание се показват, толкова повече е необходимата мощност на обработка. Обаче по-опростените потребителски интерфейси на екрани с ниска разделителна способност изискват малко процесорна мощност и могат да се захранват с помощта на микроконтролери, тъй като доста от тях днес се предлагат с вградени интерфейси за взаимодействие с различни дисплеи

Освен някои от основните функции, споменати по-горе, важно е да се запази известна процесорна мощ за комуникации и други периферни устройства. Въпреки че повечето примери, дадени по-горе, са склонни да подкрепят използването на микропроцесори, те обикновено са по-скъпи в сравнение с микроконтролерите и ще бъдат прекалено много, когато се използват в определени решения, например използването на микропроцесор 500 DMIPS за автоматизиране на електрическата крушка ще доведе до общите разходи на продукта по-висок от нормалното и в крайна сметка може да доведе до неговия провал на пазара.

2. Интерфейси

Интерфейсът, който ще се използва за свързване на различни елементи на продукта, е един от факторите, които трябва да се имат предвид, преди да се избере между микроконтролер и микропроцесор. Важно е да се гарантира, че използваният процесор има интерфейси, изисквани от другите компоненти.

От гледна точка на свързаността и комуникациите, например, повечето микроконтролери и микропроцесори притежават интерфейсите, необходими за свързване с комуникационни устройства, но когато се изискват високоскоростни комуникационни периферни устройства като супер скоростния интерфейс USB 3.0, многобройни 10/100 Ethernet портове или Gigabit Ethernet порт, неща наклонете се в посока на микропроцесора, тъй като интерфейсът, необходим за поддържането им, обикновено се намира само върху тях, тъй като те са по-способни да обработват и обработват големи количества данни и скоростта, с която тези данни се прехвърлят.

Влиянието на протоколите, използвани за тези интерфейси, върху количеството памет, необходимо за фърмуера, трябва да бъде потвърдено, тъй като те обикновено увеличават изискванията за памет. Общо правило е микропроцесорен дизайн да бъде приет за приложения, които изискват високоскоростна свързаност с голям обмен на данни, особено когато системата включва използването на операционна система.

3. Памет

Тези две устройства за обработка на данни обработват паметта и съхранението на данни по различен начин. Микроконтролерите например се доставят с вградени, фиксирани устройства с памет, докато микропроцесорите се предлагат с интерфейси, към които могат да бъдат свързани устройства с памет. Две основни последици от това са;

Разходи

Микроконтролерът става по-евтино решение, тъй като не изисква използването на допълнително устройство с памет, докато микропроцесорът се превръща в скъпо решение, което трябва да бъде прието поради тези допълнителни изисквания.

Ограничена памет

Фиксираната памет на микроконтролера ограничава количеството данни, които могат да се съхраняват в него. Това е ситуация, която не е приложима за процесори, тъй като те обикновено са свързани с външни устройства с памет. Добър пример за това, когато това ограничение може да е проблем, е при разработването на фърмуер за устройството. Добавянето на допълнителни килобайта към размера на кода може да изисква промяна в микроконтролера, който да се използва, но ако дизайнът се основава на процесор, ще трябва само да сменим устройството с памет. По този начин микропроцесорите предлагат повече гъвкавост с паметта.

Има няколко други фактора, базирани на паметта, които трябва да се имат предвид, един от тях е времето за стартиране (зареждане). Микропроцесорите например съхраняват фърмуера във външна памет (обикновено външна NAND или серийна флаш памет) и при зареждане фърмуерът се зарежда в DRAM на процесора. Въпреки че това се случва в рамките на няколко секунди, може да не е идеално за определени приложения. В микроконтролера, от друга страна отнема по-малко време.

За общите съображения за скоростта MCU обикновено печели поради способността си да адресира най-критичните за времето приложения поради използваното в тях ядро ​​на процесора, фактът, че паметта е вградена и фърмуерът, използван с тях, винаги е RTOS или гол метал ° С.

4. Мощност

Последна точка, която трябва да се вземе предвид, е консумацията на енергия. Докато микропроцесорите имат режими с ниска мощност, тези режими не са толкова много, колкото тези, налични на типичен MCU и с външните компоненти, изисквани от микропроцесорен дизайн, е малко по-сложно да се постигнат режими с ниска мощност. Освен режимите с ниска мощност, действителното количество консумирана мощност от MCU е много по-ниско от това, което консумира микропроцесорът, тъй като колкото по-голяма е възможността за обработка, толкова повече е необходимото количество енергия, за да поддържа процесора работещ.

Поради това микроконтролерите са склонни да намират приложения, при които се изискват устройства за обработка на свръхниска мощност, като дистанционни управления, потребителска електроника и няколко интелигентни устройства, където дизайнът се акцентира върху дълголетието на живота на батерията. Те се използват и там, където е необходимо силно детерминирано поведение.

Микропроцесорите, от друга страна, са идеални за индустриални и потребителски приложения, които изискват операционна система, изискват интензивни изчисления и изискват високоскоростна свързаност или потребителски интерфейс с много медийна информация.

Заключение

Съществуват няколко други фактора, които служат като определящи фактори за избора между тези две платформи и всички попадат в обхвата на производителността, възможностите и бюджета, но цялостният избор става по-лесен, когато е налице подходящ системен предпроект и изискванията са ясно посочени. Микроконтролерите се използват най-вече в решения с много ограничен бюджет на спецификацията и със строги изисквания за мощност, докато микропроцесорите се използват в приложения с огромни изисквания за изчисления и производителност.