Data PCB - FPGA vs mikrokawal

FPGA adalah cip terintegrasi yang berkomposen terutama dari sirkuit digital, yang dimiliki kepada jenis Peranti Logik yang boleh Diprogram (PLD); FPGA muncul sebagai sirkuit setengah-suai dalam medan sirkuit integrasi khusus (ASICs), yang tidak hanya memecahkan kekurangan sirkuit suai tetapi juga mengatasi keterangan bilangan sirkuit gerbang yang boleh diprogramkan dalam peranti yang boleh diprogramkan asal. Ia mempunyai ciri-ciri fleksibiliti dan konfigurasi semula dan digunakan secara luas dalam medan seperti komunikasi, pemprosesan isyarat digital, dan sistem terkandung. Ia adalah peranti logik boleh diprogramkan yang terdiri dari unit logik boleh diprogramkan dan sumber sambungan boleh diprogramkan.

Pemegang mikro ialah cip sirkuit terintegrasi yang menggunakan teknologi sirkuit terintegrasi skala ultra-besar untuk mengintegrasi kemampuan pemprosesan data seperti unit pemproses pusat (CPU), memori akses rawak (RAM), memori baca-sahaja (ROM), pelbagai port I/O, dan mengganggu sistem Sistem mikrokomputer kecil dan komponen dari fungsi seperti timers/counters (yang juga boleh termasuk sirkuit pemacu paparan, sirkuit modulasi lebar denyutan denyutan, multiplekser analog, penukar A/D, dll.) terintegrasi ke dalam cip silikon tunggal, yang digunakan secara luas dalam medan kawalan industri.

Perbezaan antara FPGA dan microcontroller (microcontroller vs fpga)

1) Performance

Apabila membandingkan prestasi FPGA dan mikrokawal, perlu mempertimbangkan sifat tugas yang mereka direka untuk dilakukan.

FPGA boleh melakukan operasi berbilang secara bersamaan. Paralelisme ini membolehkan FPGA mencapai prestasi tinggi dalam aplikasi yang memerlukan pemprosesan bersamaan, seperti pemprosesan isyarat digital, pemprosesan imej, dan kriptografi. Contohnya, FPGA boleh memproses aliran data berbilang secara selari, membolehkan pemprosesan masa sebenar bagi isyarat lebar band tinggi atau imej resolusi tinggi.

Pemegang mikro dirancang untuk tugas pemprosesan secara berturut-turut. Performasi mereka ditentukan oleh faktor seperti kelajuan jam CPU, arkitektur, dan set arahan.

2) Penggunaan tenaga

Konsum kuasa adalah faktor utama untuk dipertimbangkan bila membandingkan FPGA dan mikrokawal, kerana ia mempengaruhi keseluruhan efisiensi, kehidupan bateri, dan pengurusan panas sistem.

FPGA biasanya memakan lebih kuasa daripada pengendali mikro. Penggunaan kuasa FPGA bergantung pada faktor seperti bilangan komponen logik aktif, frekuensi tukar sambungan, dan aktiviti I/O. Dalam aplikasi yang memerlukan pemprosesan selari prestasi tinggi,keuntungan prestasi yang diberikan oleh FPGA boleh meningkatkan konsumsi tenaga.

Pemegang mikro biasanya memakan kekuatan kurang dari FPGA. Penggunaan kuasa mereka bergantung pada faktor seperti kelajuan jam CPU, aktiviti periferik, dan fungsi pengurusan kuasa dilaksanakan dalam peranti. Banyak pengendali mikro mengandungi ciri-ciri pengurusan kuasa maju seperti mod tidur dan peraturan tegangan dinamik, yang boleh mengurangkan konsumsi kuasa semasa masa aktiviti rendah.

3) Kefleksibiliti dan Penyesuaian

FPGA mempunyai fleksibiliti dan kemampuan suai yang tinggi disebabkan arkitektur yang boleh diprogramkan, membolehkan para perancang mencipta sirkuit digital suai berdasarkan keperluan khusus mereka. Blok logik, intersambung, dan blok I/O dalam FPGA boleh dikonfigur untuk melaksanakan berbagai fungsi digital, dari pintu logik sederhana ke algoritma pemprosesan isyarat digital kompleks.

4) Masa pembangunan dan kompleksiti

Pembangunan FPGA lebih kompleks dan memakan masa. Proses pembangunan FPGA biasanya melibatkan kod menulis menggunakan Bahasa Keterangan Perkasa (HDL), seperti VHDL atau Verilog.

Terdapat julat luas mikrokawal, masing-masing optimis untuk tujuan tertentu, yang boleh membantu syarikat menurunkan kos. Contohnya, jika and a perlukan penyukar analog-ke-digital (ADC), dua port USB dan sekurang-kurangnya 30 pin input/output-tujuan umum (GPIO), anda boleh pilih pengendali mikro yang memenuhi keperluan tersebut dengan sempurna. Jika hanya satu antaramuka USB diperlukan, pengendali mikro lain mungkin tersedia yang memenuhi spesifikasi tersebut. Keberagaman ini membolehkan organisasi menyimpan wang dengan memilih pengendali mikro yang paling rendah tanpa membayar untuk ciri-ciri yang tidak diperlukan.

Sebaliknya, FPGA jauh lebih beragam. Dengan FPGA tunggal, mungkin untuk konfigur lima antaramuka ADC tanpa antaramuka USB, atau tiga antaramuka USB tanpa antaramuka ADC. FPGAs adalah seperti helaian kosong kertas dengan banyak garis dalaman (iaitu laluan) untuk menyokong julat luas keperluan aplikasi yang berbeza, tetapi ini juga menambah kos dan kompleksiti. Dalam kebanyakan kes, organisasi tidak perlu membayar untuk ciri-ciri tambahan yang tidak digunakan dan fleksibiliti.

Volum juga faktor kunci dalam kos. Biaya membeli 10 juta pengendali mikro jauh lebih rendah daripada biaya membeli 100,000 FPGA, fenomena biasa dalam elektronik konsumen. FPGA sering dihasilkan dan dijual dalam jumlah yang lebih kecil, jadi harga unit mereka lebih tinggi. Ini membentuk siklus: jika bilangan FPGA meningkat, harga mungkin turun, tetapi peningkatan kuantiti memerlukan harga mesti turun. Jadi, jika biaya FPGAs boleh dibandingkan dengan biaya mikrokawal, adakah lebih banyak FPGAs akan digunakan? Mungkin, tetapi FPGA lebih sukar digunakan, yang tidak menyebabkan popularitas FPGA.

Kerana pengendali mikro dirancang untuk tujuan tertentu, ia relatif mudah ditetapkan dan biasanya boleh dikonfigur dan berjalan dalam beberapa jam. FPGAs, pada sisi lain, memerlukan pemrograman semua komponen dalaman mereka, yang sangat memakan masa. Sementara terdapat beberapa modul IP keras off-the-shelf yang tersedia, kebanyakan peranti adalah logik yang boleh diprogramkan, iaitu mereka perlu dirancang dalam rumah. Menulis kod dalam Verilog atau VHDL lebih memakan masa daripada dalam C, yang sering adalah bahasa pilihan untuk menulis program pengendali mikro kerana ia membolehkan kod ditulis pada tahap yang lebih tinggi, di mana satu baris kod boleh mencapai lebih fungsi. Sebaliknya, pemrograman aras rendah menggunakan Verilog dan VHDL memerlukan penciptaan manual sirkuit pintu dan kawat terpisah, yang menambah kompleksiti dan kos. Inginer sering cenderung memilih penyelesaian paling mudah, dan dalam kebanyakan kes, pengendali mikro lebih mudah daripada FPGA.

Selain itu, penggunaan kuasa peranti adalah faktor untuk dipertimbangkan. Banyak peranti elektronik bergantung pada kuasa bateri, jadi penting untuk mengurangkan konsumsi kuasa peranti untuk penggunaan lebih panjang. Semakin tinggi penggunaan kuasa, semakin sering bateri perlu diganti, yang adalah sesuatu yang pengguna tidak mahu. Sebagaimana pengendali mikro dirancang untuk penggunaan tertentu, mereka boleh optimum untuk mencapai konsumsi kuasa yang sangat rendah. Contohnya, bateri AAA tunggal boleh kuasa tetikus Bluetooth selama bulan. FPGAs, pada sisi lain, perlu laluan antara semua sumber dan penggunaan kuasa mereka tidak dapat sepadan dengan yang mikrokawal. Ini tidak bermakna FPGAs tidak boleh digunakan dalam aplikasi kuasa bateri, tetapi mikrokawal biasanya mempunyai keuntungan apabila ia berkaitan dengan konsumsi kuasa.

Pemegang mikro biasanya mempunyai proses pembangunan yang lebih mudah dan lebih cepat kerana mereka boleh diprogram menggunakan bahasa pemrograman lanjut dan persekitaran pembangunan yang pembangunan perisian lebih biasa dengan. Menggunakan bahasa, pustaka, dan bingkai tinggi boleh mempermudahkan proses pembangunan dan mengurangkan masa yang diperlukan untuk melaksanakan dan menguji fungsi yang diperlukan.

FPGA adalah sirkuit integrasi yang sangat beragam yang membolehkan pengguna mencipta sirkuit digital suai dengan memprogram pada aras perkakasan. Mereka menyediakan fleksibiliti yang luar biasa dan sempurna untuk aplikasi kompleks yang memerlukan prototip dan konfigurasi semula yang cepat. Di sisi lain, pengawal mikro adalah sirkuit terintegrasi kompak yang menggabungkan inti pemproses, memori, dan pelbagai peranti peripheral ke dalam cip tunggal. Mereka direka secara khusus untuk tugas khusus dan menyediakan penyelesaian yang berkesan untuk aplikasi sederhana hingga sederhana kompleks.