Valinta mikrokontrollerin ja mikroprosessorin välillä

Sulautetun laitteen aivot, joka on prosessointiyksikkö, ovat keskeinen tekijä laitteen onnistumiselle tai epäonnistumiselle niiden tehtävien suorittamisessa, joita varten ne on suunniteltu. Prosessoriyksikkö on vastuussa jokaisesta prosessista, joka liittyy syötteestä järjestelmään lopulliseen ulostuloon, joten oikean alustan valitseminen aivoille tulee erittäin tärkeäksi laitesuunnittelun aikana, koska kaikki muut asiat riippuvat päätöksen tarkkuudesta.

Mikrokontrolleri ja mikroprosessori

Upotettujen laitteiden prosessointikomponentit voidaan jakaa kahteen laajaan luokkaan; Mikrokontrollerit ja mikroprosessorit.

Mikrokontrollerit ovat pieniä tietokonelaitteita yhdellä sirulla, joka sisältää yhden tai useampia prosessointisydämiä, ja muistilaitteet on upotettu ohjelmoitavien erityis- ja yleiskäyttöisten tulo- ja lähtöporttien (I / O) rinnalle. Niitä käytetään erityisesti sovelluksissa, joissa tarvitaan vain tiettyjä toistuvia tehtäviä. Olemme jo keskustelleet oikean mikrokontrollerin valitsemisesta upotettuihin projekteihisi.

Mikroprosessorit ovat toisaalta yleiskäyttöisiä tietojenkäsittelylaitteita, jotka sisältävät kaikki sirulla olevan keskusyksikön toiminnot, mutta eivät sisällä oheislaitteita, kuten muistia, sekä sisääntulo- ja lähtönastoja, kuten mikrokontrolleri.

Vaikka valmistajat muuttavat nyt monia asioita, jotka hämärtävät rajaa mikrokontrollereiden ja mikroprosessorien välillä, kuten muistin käyttö siruissa mikroprosessoreille ja mikrokontrollerien kyky muodostaa yhteys ulkoiseen muistiin, näiden komponenttien välillä on edelleen keskeisiä eroja ja suunnittelija aikoo täytyy valita parhaiten joukosta tietty projekti.

Lisätietoja mikrokontrollerin ja mikroprosessorin erosta.

Tekijät, jotka on otettava huomioon valittaessa MPU tai MCU

Ennen kuin tehdään päätös sulautetun tuotteen suunnittelussa käytettävän prosessointilaitteen suunnasta, on tärkeää kehittää suunnitteluvaatimukset. Suunnitteluspesifikaatioiden kehittäminen tarjoaa mahdollisuuden laitteiden ennakkosuunnitteluun, mikä auttaa tunnistamaan yksityiskohdat, ratkaistavan ongelman, miten se on ratkaistava, korostaa käytettäviä komponentteja ja paljon muuta. Tämä auttaa suunnittelijaa tekemään tietoon perustuvia yleisiä päätöksiä projektista ja auttaa määrittämään, mihin suuntaan prosessoriyksikölle tulee ajaa.

Joitakin tekijöitä suunnittelumäärittelyssä, jotka on otettava huomioon ennen valintaa mikro-ohjaimen ja mikroprosessorin välillä, kuvataan alla.

1. Prosessiteho

Prosessointiteho on yksi tärkeimmistä (ellei tärkeimmistä) asioista, jotka on otettava huomioon valittaessa mikro-ohjaimen ja mikroprosessorin välillä. Se on yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka kallistavat käyttöä mikroprosessoreille. Se mitataan DMIPS: nä (Dhrystone Million of Instructions Per Seconds) ja edustaa niiden ohjeiden määrää, joita mikro-ohjain tai mikroprosessori voi käsitellä sekunnissa. Se on pohjimmiltaan osoitus siitä, kuinka nopeasti laite voi suorittaa sille osoitetun tehtävän.

Suunnittelusi edellyttämän tarkan laskentatehon määrittäminen voi olla hyvin vaikea tehtävä, mutta voidaan antaa koulutettu arvaus tutkimalla tehtäviä, joita laite luodaan suorittamaan ja mitkä voivat olla näiden tehtävien laskennalliset vaatimukset. Esimerkiksi sellaisen laitteen kehittäminen, joka vaatii täydellisen käyttöjärjestelmän käyttöä, joko sulautetun Linuxin, Windows CE: n tai jonkin muun käyttöjärjestelmän käyttö, vaatii jopa 500 DMIPS: n prosessointitehon, joka kuulostaa prosessorilta? Joo. Sen lisääminen käyttöjärjestelmän käyttämiseen laitteessa vaatii muistinhallintayksikön (MMU), joka lisää tarvittavaa prosessointitehoa. Laitesovellukset, joihin liittyy paljon laskutoimitusta, vaativat myös erittäin korkean DMIPS-arvonarvot ja mitä enemmän matematiikka / numeeriset laskelmat laitteen on suoritettava, sitä enemmän suunnitteluvaatimukset kallistuvat kohti mikroprosessorin käyttöä vaaditun prosessointitehon vuoksi.

Yksi muu prosessointitehon päävaikutus, joka vaikuttaa valintaan mikroprosessorien ja mikrokontrollerien välillä, on käyttöliittymien kaltaisten asioiden monimutkaisuus tai yksinkertaisuus. Nykyään on toivottavaa, että värikkäät ja interaktiiviset graafiset käyttöliittymät ovat jopa kaikkein perustavanlaatuisimmissa sovelluksissa. Useimmat käyttöliittymien, kuten QT, luomisessa käytetyt kirjastot vaativat jopa 80 - 100 DMIPS-prosessointitehoa ja mitä enemmän animaatioita, kuvia ja muuta multimediasisältöä näytetään, sitä enemmän vaaditaan prosessointitehoa. Yksinkertaiset käyttöliittymät matalan resoluution näytöissä vaativat kuitenkin vähän prosessointitehoa, ja ne voidaan virrata mikro-ohjaimilla, koska nykyään varsin monissa niistä on upotetut käyttöliittymät vuorovaikutuksessa eri näyttöjen kanssa

Joidenkin edellä mainittujen ydintoimintojen lisäksi on tärkeää varata jonkin verran prosessointitehoa viestinnälle ja muille oheislaitteille. Vaikka suurin osa yllä mainituista esimerkeistä tukee yleensä mikroprosessoreiden käyttöä, ne ovat yleensä kalliimpia kuin mikrokontrollerit ja ovat ylenmääräisiä käytettäessä tietyissä ratkaisuissa, esimerkiksi 500 DMIPS-mikroprosessorin käyttäminen hehkulampun automatisoimiseksi, tekee kokonaiskustannuksista tuotteen normaalia korkeampi ja saattaa lopulta johtaa sen epäonnistumiseen markkinoilla.

2. Liitännät

Tuotteen eri osien yhdistämiseen käytettävä liitäntä on yksi tekijöistä, jotka on otettava huomioon ennen valintaa mikro-ohjaimen ja mikroprosessorin välillä. On tärkeää varmistaa, että käytetyllä prosessoriyksiköllä on muiden komponenttien edellyttämät rajapinnat.

Esimerkiksi liitettävyydestä ja tietoliikenteen näkökulmasta katsottuna useimmilla mikrokontrollereilla ja mikroprosessoreilla on liitännät, joita tarvitaan yhteyden muodostamiseen viestintälaitteisiin, mutta kun tarvitaan nopeita tiedonsiirto-oheislaitteita, kuten huippunopea USB 3.0 -liitäntä, useita 10/100 Ethernet-portteja tai Gigabit Ethernet -portti kallistua mikroprosessorin suuntaan, koska näiden tukemiseksi tarvittava liitäntä löytyy yleensä vain niistä, koska ne pystyvät paremmin käsittelemään ja käsittelemään suuria tietomääriä ja nopeutta, jolla kyseiset tiedot siirretään.

Näihin rajapintoihin käytettyjen protokollien vaikutus laiteohjelmiston tarvitsemaan muistin määrään on vahvistettava, koska niillä on taipumus lisätä muistivaatimuksia. Yleinen nyrkkisääntö on, että mikroprosessoripohjainen suunnittelu hyväksytään sovelluksille, jotka edellyttävät nopeaa liitettävyyttä ja vaihdettavaa datamäärää, varsinkin kun järjestelmässä käytetään käyttöjärjestelmää.

3. Muisti

Nämä kaksi tietojenkäsittelylaitetta käsittelevät muistia ja tallennustilaa eri tavalla. Mikrokontrollereissa on esimerkiksi sulautetut, kiinteät muistilaitteet, kun taas mikroprosessoreissa on liitännät, joihin muistilaitteet voidaan liittää. Kaksi merkittävää seurausta ovat;

Kustannus

Mikrokontrollerista tulee halvempi ratkaisu, koska se ei vaadi lisämuistilaitteen käyttöä, kun taas mikroprosessorista tulee kallis ratkaisu, joka on hyväksyttävä näiden lisävaatimusten vuoksi.

Rajoitettu muisti

Mikrokontrollerin kiinteä muisti rajoittaa siihen tallennettavan datan määrää. Tätä ei voida soveltaa prosessoreihin, koska ne on yleensä kytketty ulkoisiin muistilaitteisiin. Hyvä esimerkki siitä, milloin tämä rajoitus voi olla ongelma, on laitteen laiteohjelmiston kehittäminen. Lisäkilotavun lisääminen koodikokoon voi edellyttää muutoksen käyttämässä mikro-ohjaimessa, mutta jos suunnittelu perustuisi prosessoriin, tarvitsemme vain vaihtaa muistilaitetta. Siten mikroprosessorit tarjoavat enemmän joustavuutta muistin kanssa.

Huomioitavaan muistiin perustuu useita muita tekijöitä, joista yksi on käynnistys (käynnistys). Mikroprosessorit esimerkiksi tallentavat laiteohjelmiston ulkoiseen muistiin (yleensä ulkoiseen NAND- tai Serial Flash -muistiin) ja käynnistettäessä laiteohjelmisto ladataan prosessorin DRAM-muistiin. Vaikka tämä tapahtuu muutamassa sekunnissa, se ei ehkä ole ihanteellinen tietyille sovelluksille. Toisella puolella oleva mikrokontrolleri vie vähemmän aikaa.

Yleisistä nopeusnäkökohdista voidaan todeta, että MCU voittaa yleensä johtuen kyvystään käsitellä kaikkein kriittisimpiä sovelluksia, koska niissä käytetään prosessorin ydintä, tosiasia, että muisti on upotettu ja niiden kanssa käytetty laiteohjelmisto on aina joko RTOS tai paljas metalli C.

4. Virta

Viimeinen huomioitava asia on virrankulutus. Vaikka mikroprosessoreilla on pienitehoiset tilat, nämä tilat eivät ole yhtä monta kuin tyypillisessä MCU: ssa ja mikroprosessoripohjaisen suunnittelun edellyttämien ulkoisten komponenttien kanssa, matalatehoisten tilojen saavuttaminen on hieman monimutkaisempaa. Pienitehoisten tilojen lisäksi MCU: n todellinen kuluttama teho on paljon pienempi kuin mitä mikroprosessori kuluttaa, koska mitä suurempi prosessointikyky, sitä enemmän virrankulutusta tarvitaan prosessorin ylläpitämiseksi.

Mikro siksi taipumus löytää sovelluksissa, joissa äärimmäisen vähän virtaa käsittely yksiköitä tarvitaan, kuten kaukosäätimet, kulutuselektroniikan ja useita hienoja laitteita, joissa suunnittelu painopiste on pitkäikäisyys akku. Niitä käytetään myös silloin, kun tarvitaan erittäin determinististä käyttäytymistä.

Mikroprosessorit ovat toisaalta ihanteellisia teollisuus- ja kuluttajasovelluksiin, jotka edellyttävät käyttöjärjestelmää, ovat paljon laskentaa vaativia ja vaativat nopeaa liitettävyyttä tai käyttöliittymää, jossa on paljon mediatietoja.

Johtopäätös

Useat muut tekijät ovat olemassa ja vaikuttavat tekijöihin valinnassa näiden kahden alustan välillä, ja kaikki kuuluvat suorituskyvyn, kyvykkyyden ja budjetin alaisuuteen, mutta kokonaisvalinta helpottuu, kun asianmukainen järjestelmien ennakkosuunnittelu on käytössä ja vaatimukset on selkeästi esitetty. Mikrokontrollereita käytetään enimmäkseen ratkaisuissa, joissa on erittäin tiukka budjettibudjetti ja tiukat tehovaatimukset, kun taas mikroprosessoreita käytetään sovelluksissa, joissa on valtavat laskenta- ja suorituskykyvaatimukset.