- Mikrokontrolleris un mikroprocesors
- Faktori, kas jāņem vērā, izvēloties MPU vai MCU
- 1. Apstrādes jauda
- 2. Saskarnes
- 3. Atmiņa
- 4. Jauda
- Secinājums
Iegultās ierīces smadzenes, kas ir apstrādes vienība, ir galvenais faktors, kas nosaka ierīces panākumus vai neveiksmi, veicot uzdevumu (-us), kuram tas ir paredzēts. Apstrādes bloks ir atbildīgs par katru procesu, kas saistīts ar ievadi sistēmā, līdz galīgajai izejai, tādējādi ierīces dizaina laikā ļoti svarīgi izvēlēties pareizo smadzeņu platformu, jo visas pārējās lietas būs atkarīgas no šī lēmuma precizitātes.
Mikrokontrolleris un mikroprocesors
Iegultās ierīcēs izmantotos apstrādes komponentus var iedalīt divās lielās kategorijās; Mikrokontrolleri un mikroprocesori.
Mikrokontrolleri ir mazas skaitļošanas ierīces vienā mikroshēmā, kas satur vienu vai vairākus apstrādes kodolus, ar atmiņas ierīcēm, kas iestrādātas blakus programmējamiem īpašas un vispārējas nozīmes ieejas un izejas (I / O) portiem. Tie tiek īpaši izmantoti lietojumprogrammās, kurās jāveic tikai specifiski atkārtoti uzdevumi. Mēs jau apspriedām pareizā mikrokontrollera izvēli iegultajiem projektiem.
No otras puses, mikroprocesori ir vispārējas nozīmes skaitļošanas ierīces, kas mikroshēmā iekļauj visas centrālā procesora funkcijas, bet neietver tādas perifērijas ierīces kā atmiņu un ievades un izvades tapas, piemēram, mikrokontrolleru.
Lai gan ražotāji tagad maina daudzas lietas, kas izjauc robežu starp mikrokontrolleriem un mikroprocesoriem, piemēram, atmiņas izmantošana mikroshēmās mikroprocesoriem un mikrokontrolleru spēja izveidot savienojumu ar ārējo atmiņu, starp šīm sastāvdaļām joprojām pastāv galvenās atšķirības, un dizainers jāizvēlas labākais starp tiem konkrētam projektam.
Uzziniet vairāk par atšķirību starp mikrokontrolleru un mikroprocesoru.
Faktori, kas jāņem vērā, izvēloties MPU vai MCU
Pirms pieņemt lēmumu par virzienu, kādā virzīties attiecībā uz apstrādes ierīci, kuru izmantot iegultā produkta projektēšanai, ir svarīgi izstrādāt konstrukcijas specifikācijas. Dizaina specifikāciju izstrāde nodrošina iespēju ierīču iepriekšējai projektēšanai, kas palīdz detalizēti noteikt problēmu, kas jāatrisina, kā tā jāatrisina, izceļ izmantojamos komponentus un daudz ko citu. Tas palīdz dizaineram pieņemt pamatotus vispārīgus lēmumus par projektu un palīdz noteikt, kādā virzienā apstrādes vienībai jābrauc.
Daži no dizaina specifikācijas faktoriem, kas jāņem vērā, pirms izvēlēties starp mikrokontrolleru un mikroprocesoru, ir aprakstīti zemāk.
1. Apstrādes jauda
Apstrādes jauda ir viena no galvenajām (ja ne galvenajām) lietām, kas jāņem vērā, izvēloties starp mikrokontrolleru un mikroprocesoru. Tas ir viens no galvenajiem faktoriem, kas izmanto mikroprocesorus. To mēra DMIPS (Dhrystone Million of Instructions Per Seconds) un tas norāda instrukciju skaitu, ko sekundē var apstrādāt mikrokontrolleris vai mikroprocesors. Būtībā tas norāda, cik ātri ierīce var izpildīt tai piešķirto uzdevumu.
Lai gan precīzas aprēķina jaudas noteikšana, kas nepieciešama jūsu projektēšanai, var būt ļoti grūts uzdevums, var izdarīt izglītotu minējumu, pārbaudot uzdevumu (-us), kuru ierīce tiek veidota, lai veiktu, un kādas varētu būt šo uzdevumu skaitļošanas prasības. Piemēram, lai izstrādātu ierīci, kurai nepieciešama pilnīgas operētājsistēmas izmantošana, vai nu iegultā Linux, Windows CE vai kādā citā OS, būtu nepieciešama apstrādes jauda līdz pat 500 DMIPS, izklausoties pēc procesora? Jā. Lai to pievienotu, operētājsistēmas darbināšanai ierīcē būs nepieciešama atmiņas pārvaldības vienība (MMU), kas palielinās nepieciešamo apstrādes jaudu. Arī ierīču lietojumprogrammām, kurās ir daudz aritmētikas, ir nepieciešams ļoti augsts DMIPSvērtības un jo vairāk matemātikas / skaitlisko aprēķinu ierīcei jāveic, jo vairāk dizaina prasības sasveras pret mikroprocesora izmantošanu nepieciešamās apstrādes jaudas dēļ.
Vēl viena galvenā apstrādes jaudas ietekme, kas ietekmē izvēli starp mikroprocesoriem un mikrokontrolleriem, ir tādu lietu kā lietotāja saskarnes sarežģītība vai vienkāršība. Mūsdienās ir vēlams, lai būtu krāsaini un interaktīvi GUI pat visvienkāršākajām lietojumprogrammām. Lielākajai daļai bibliotēku, kuras tiek izmantotas tādu lietotāja saskarņu izveidē, kā QT, nepieciešama apstrādes jauda līdz pat 80 - 100 DMIPS un jo vairāk animāciju, attēlu un cita multivides satura tiek parādīts, jo vairāk nepieciešamā apstrādes jauda. Tomēr vienkāršākām lietotāja saskarnēm ar zemu izšķirtspējas ekrāniem ir nepieciešama maza apstrādes jauda, un tās var darbināt, izmantojot mikrokontrollerus, jo mūsdienās diezgan daudz no tām ir ar iegultām saskarnēm, lai mijiedarbotos ar dažādiem displejiem.
Papildus dažām iepriekšminētajām pamatfunkcijām ir svarīgi rezervēt zināmu apstrādes jaudu sakariem un citām perifērijas ierīcēm. Lai gan lielākā daļa iepriekš sniegto piemēru mēdz atbalstīt mikroprocesoru izmantošanu, tie parasti ir dārgāki, salīdzinot ar mikrokontrolleriem, un tie būs pārspīlēti, ja tos izmantos noteiktos risinājumos, piemēram, izmantojot 500 DMIPS mikroprocesoru spuldzes automatizēšanai, tas radīs kopējās izmaksas produkta augstāka nekā parasti un galu galā var izraisīt tā neveiksmi tirgū.
2. Saskarnes
Interfeiss, kas jāizmanto dažādu produkta elementu savienošanai, ir viens no faktoriem, kas jāņem vērā, pirms izvēlēties starp mikrokontrolleru un mikroprocesoru. Ir svarīgi nodrošināt, lai izmantojamai apstrādes vienībai būtu saskarnes, kas nepieciešamas pārējiem komponentiem.
Piemēram, sākot ar savienojamību un sakaru stāvokli, lielākajai daļai mikrokontrolleru un mikroprocesoru ir saskarnes, kas nepieciešamas, lai izveidotu savienojumu ar sakaru ierīcēm, bet, ja ir nepieciešami ātrgaitas sakaru perifērijas aparāti, piemēram, super ātrs USB 3.0 interfeiss, vairāki 10/100 Ethernet porti vai Gigabitu Ethernet ports, noliekties mikroprocesora virzienā, jo saskarne, kas nepieciešama to atbalstam, parasti ir atrodama tikai uz tiem, jo tie vairāk spēj apstrādāt un apstrādāt lielu datu daudzumu un ātrumu, kādā šie dati tiek pārsūtīti.
Jāapstiprina šīm saskarnēm izmantoto protokolu ietekme uz programmaparatūrai nepieciešamo atmiņas apjomu, jo tie mēdz palielināt atmiņas prasības. Vispārējs īkšķis ir tāds, ka uz mikroprocesoru balstītu dizainu jāpieņem lietojumprogrammām, kurām nepieciešama ātrgaitas savienojamība ar lielu datu apmaiņu, it īpaši, ja sistēmā tiek izmantota operētājsistēma.
3. Atmiņa
Šīs divas datu apstrādes ierīces atšķirīgi apstrādā atmiņu un datu glabāšanu. Piemēram, mikrokontrolleriem ir iebūvētas, fiksētas atmiņas ierīces, savukārt mikroprocesoriem ir saskarnes, kurām var pieslēgt atmiņas ierīces. Tam ir divas galvenās sekas;
Izmaksas
Mikrokontrolleris kļūst par lētāku risinājumu, jo tam nav nepieciešams izmantot papildu atmiņas ierīci, savukārt mikroprocesors kļūst par dārgu risinājumu, kas jāpieņem šo papildu prasību dēļ.
Ierobežota atmiņa
Fiksētā atmiņa mikrokontrollerā ierobežo tajā saglabājamo datu daudzumu. Šī situācija nav piemērojama procesoriem, jo tie parasti ir savienoti ar ārējām atmiņas ierīcēm. Labs piemērs tam, kad šis ierobežojums var radīt problēmas, ir ierīces programmaparatūras izstrāde. Pievienojot koda izmēram papildu kilobaitus, var būt nepieciešams mainīt mikrokontrolleru, taču, ja dizains balstījās uz procesoru, mums būs jāmaina tikai atmiņas ierīce. Tādējādi mikroprocesori piedāvā lielāku elastību atmiņā.
Ir vairāki citi faktori, kuru pamatā ir jāņem vērā atmiņa, viens no tiem ir sākuma (sāknēšanas) laiks. Piemēram, mikroprocesori saglabā programmaparatūru ārējā atmiņā (parasti ārējā NAND vai Serial Flash atmiņā) un sāknēšanas laikā programmaparatūra tiek ielādēta procesora DRAM. Lai gan tas notiek dažu sekunžu laikā, tas var nebūt ideāls noteiktām lietojumprogrammām. No otras puses, mikrokontrolleris prasa mazāk laika.
Vispārīgu ātruma apsvērumu dēļ MCU parasti uzvar, jo tā spēj risināt viskritiskākās lietojumprogrammas, jo tajās tiek izmantots procesora kodols, fakts, ka atmiņa ir iegulta un ar tām izmantotā programmaparatūra vienmēr ir vai nu RTOS, vai arī tukša metāla C.
4. Jauda
Pēdējais punkts, kas jāņem vērā, ir enerģijas patēriņš. Lai gan mikroprocesoriem ir mazjaudas režīmi, šo režīmu nav tik daudz kā pieejamo tipiskā MCU un ar ārējiem komponentiem, kas nepieciešami uz mikroprocesoru balstītam projektam, ir nedaudz sarežģītāk sasniegt mazjaudas režīmus. Neskaitot mazjaudas režīmus, faktiskais MCU patērētais enerģijas daudzums ir daudz mazāks par to, ko patērē mikroprocesors, jo jo lielāka ir apstrādes spēja, jo vairāk enerģijas nepieciešams procesora uzturēšanai un darbināšanai.
Tāpēc mikrokontrolleri mēdz atrast lietojumprogrammas, kurās nepieciešami īpaši mazjaudas apstrādes bloki, piemēram, tālvadības pultis, plaša patēriņa elektronika un vairākas viedierīces, kur dizains ir uzsvērts uz akumulatora darbības ilgumu. Tos lieto arī tur, kur nepieciešama ļoti deterministiska uzvedība.
No otras puses, mikroprocesori ir ideāli piemēroti rūpnieciskām un patērētāja lietojumprogrammām, kurām nepieciešama operētājsistēma, ir intensīva skaitļošana un nepieciešama ātrgaitas savienojamība vai lietotāja saskarne ar lielu multivides informāciju.
Secinājums
Vairāki citi faktori pastāv un kalpo par noteicošajiem faktoriem, izvēloties starp šīm divām platformām, un visiem tiem ir atkarīga veiktspēja, iespējas un budžets, taču vispārējā izvēle kļūst vieglāka, ja ir izveidota atbilstoša sistēmu iepriekšēja konstrukcija un skaidri noteiktas prasības. Mikrokontrollerus galvenokārt izmanto risinājumos ar ļoti mazu BOM budžetu un ar stingrām jaudas prasībām, savukārt mikroprocesorus izmanto lietojumprogrammās ar milzīgām aprēķina un veiktspējas prasībām.