Välja mellan en mikrokontroller och mikroprocessor

Hjärnan hos en inbäddad enhet, som är bearbetningsenheten, är en nyckeldeterminant för framgången eller misslyckandet med enheten för att utföra de uppgifter som den är designad för. Bearbetningsenheten är ansvarig för varje process som involverar från inmatning till systemet, till den slutliga utgången, och det blir därför mycket viktigt att välja rätt plattform för hjärnan under enhetsdesignen, eftersom allt annat beror på noggrannheten i det beslutet.

Mikrokontroller och mikroprocessor

Bearbetningskomponenterna som används för inbäddade enheter kan delas in i två breda kategorier; Mikrokontroller och mikroprocessorer.

Microcontrollers är små datoranordningar på ett chip som innehåller en eller flera processorkärnor, med minnesenheter inbäddade vid sidan av programmerbara special- och I / O-portar för allmänt ändamål. De används särskilt i applikationer där endast specifika repetitiva uppgifter behöver utföras. Vi har redan diskuterat om att välja rätt mikrokontroller för dina inbäddade projekt.

Mikroprocessorer är å andra sidan datoranordningar för allmänt ändamål som innehåller alla funktioner för centralbehandlingsenheten på ett chip men inkluderar inte kringutrustning som minne och in- och utgångsstift som mikrokontrollern.

Även om tillverkare nu förändrar många saker som suddar ut gränsen mellan mikrokontroller och mikroprocessorer som användningen av minne på chips för mikroprocessorer och förmågan hos mikrokontroller att ansluta till ett externt minne, finns det fortfarande viktiga skillnader mellan dessa komponenter och designern kommer att måste välja det bästa mellan dem för ett visst projekt.

Lär dig mer om skillnaden mellan mikrokontroller och mikroprocessor.

Faktorer att tänka på när man väljer en MPU eller MCU

Innan du fattar beslut om riktningen att gå när det gäller bearbetningsanordningen för design av en inbäddad produkt är det viktigt att utveckla designspecifikationerna. Att utveckla designspecifikationerna ger en väg för enhetsfördesign som hjälper till att identifiera detaljer, problemet som ska lösas, hur det ska lösas, belyser komponenterna som ska användas och mycket mer. Detta hjälper konstruktören att fatta välgrundade allmänna beslut om projektet och hjälper till att bestämma vilken riktning han ska gå för bearbetningsenheten.

Några av de faktorer i konstruktionsspecifikationen som måste beaktas innan man väljer mellan en mikrokontroller och en mikroprocessor beskrivs nedan.

1. Processorkraft

Processorkraft är en av de viktigaste (om inte de viktigaste) sakerna att tänka på när man väljer mellan en mikrokontroller och en mikroprocessor. Det är en av de viktigaste faktorerna som lutar användningen till mikroprocessorer. Det mäts i DMIPS (Dhrystone Million of Instructions Per Seconds) och representerar antalet instruktioner som en mikrokontroller eller mikroprocessor kan bearbeta på en sekund. Det är i huvudsak en indikation på hur snabbt en enhet kan slutföra en uppgift som tilldelats den.

Även om det kan vara en mycket svår uppgift att bestämma den exakta beräkningskraft som din design kräver, kan man göra en utbildad gissning genom att undersöka uppgifterna, enheten skapas för att utföra och vilka beräkningskrav som dessa uppgifter kan ha. Till exempel skulle utvecklingen av en enhet som kräver användning av ett komplett operativsystem antingen inbäddad Linux, windows CE eller något av de andra operativsystemen kräva en processorkraft så hög som 500 DMIPS, som låter som en processor? Ja. För att lägga till det krävs att man kör ett operativsystem på en enhet en minneshanteringsenhet (MMU) som ökar erforderlig processorkraft. Enhetsapplikationer som involverar mycket aritmetik kräver också mycket höga DMIPSju mer matematiska / numeriska beräkningar enheten ska utföra, desto mer lutar designkraven mot användning av en mikroprocessor på grund av den processorkraft som krävs.

En annan viktig konsekvens av processorkraft som påverkar valet mellan mikroprocessorer och mikrokontroller är komplexiteten eller enkelheten i saker som användargränssnitt. Det är en önskvärd sak idag att ha färgglada och interaktiva GUI: er även för de mest grundläggande applikationerna. De flesta bibliotek som används för att skapa användargränssnitt som QT kräver processorkraft så mycket som 80 - 100 DMIPS och ju fler animationer, bilder och annat multimediainnehåll som ska visas, desto mer krävs processorkraft. Men enklare användargränssnitt på skärmar med låg upplösning kräver lite bearbetningskraft och kan drivas med hjälp av mikrokontroller eftersom ett stort antal av dem idag kommer med inbäddade gränssnitt för att interagera med olika skärmar.

Förutom några av kärnfunktionerna som nämns ovan är det viktigt att reservera lite processorkraft för kommunikation och andra kringutrustning. Även om de flesta exempel som ges ovan tenderar att stödja användningen av mikroprocessorer, är de i allmänhet dyrare jämfört med mikrokontroller och kommer att bli en överdrift när de används i vissa lösningar, till exempel att använda en 500 DMIPS mikroprocessor för att automatisera en glödlampa kommer att göra den totala kostnaden av produkten högre än normalt och i slutändan kan leda till att den misslyckas på marknaden.

2. Gränssnitt

Gränssnittet som ska användas för att ansluta olika element i produkten är en av de faktorer som ska beaktas innan man väljer mellan en mikrokontroller och en mikroprocessor. Det är viktigt att säkerställa att den bearbetningsenhet som ska användas har de gränssnitt som krävs av de andra komponenterna.

Från exempelvis anslutnings- och kommunikationsstandpunkt har de flesta mikrokontroller och mikroprocessorer gränssnitt som krävs för att ansluta till kommunikationsenheter, men när höghastighetskommunikationsutrustning som superhastighets USB 3.0-gränssnitt, flera 10/100 Ethernet-portar eller Gigabit Ethernet-port krävs krävs saker lutning i mikroprocessorns riktning eftersom gränssnittet som krävs för att stödja dessa i allmänhet bara finns på dem eftersom de är mer kapabla att hantera och bearbeta de stora datamängderna och den hastighet med vilken dessa data överförs.

Effekten av protokollen som används för dessa gränssnitt på mängden minne som krävs för firmware bör bekräftas eftersom de tenderar att öka minneskraven. Det är en allmän tumregel att en mikroprocessorbaserad design antas för applikationer som kräver höghastighetsanslutning med stor mängd data som utbyts, särskilt när systemet innebär användning av ett operativsystem.

3. Minne

Dessa två databehandlingsenheter hanterar minne och datalagring på olika sätt. Microcontrollers till exempel kommer med inbäddade, fasta minnesenheter medan mikroprocessorer kommer med gränssnitt som minnesenheter kan anslutas till. Två stora konsekvenser av detta är;

Kosta

Mikrokontrollern blir en billigare lösning, eftersom den inte kräver användning av en extra minnesenhet medan mikroprocessorn blir en dyr lösning som kan antas på grund av dessa ytterligare krav.

Begränsat minne

Det fasta minnet på mikrokontrollen begränsar mängden data som kan lagras på den. Detta är en situation som inte är tillämplig på processorer eftersom de vanligtvis är anslutna till externa minnesenheter. Ett bra exempel på när denna begränsning kan vara ett problem är när man utvecklar firmware för enheten. Om du lägger till ytterligare kilobyte i kodstorleken kan det krävas en ändring av mikrokontrollern som ska användas, men om designen baserades på en processor behöver vi bara ändra minnesenheten. Således erbjuder mikroprocessorer mer flexibilitet med minne.

Det finns flera andra faktorer baserat på minnet som ska beaktas, en av dem är starttiden (starttid). Mikroprocessorerna lagrar till exempel firmware på ett externt minne (vanligtvis ett externt NAND- eller seriellt flashminne) och vid start laddas firmware i processorns DRAM. Även om detta sker inom några sekunder är det kanske inte perfekt för vissa applikationer. Den mikro å andra tar mindre tid.

Av allmänna hastighetsöverväganden vinner MCU vanligtvis på grund av dess förmåga att ta itu med de mest tidskritiska applikationerna på grund av processorkärnan som används i dem, det faktum att minnet är inbäddat och den fasta programvaran som används tillsammans med dem är alltid antingen en RTOS eller bare metal C.

4. Kraft

En sista punkt att tänka på är strömförbrukning. Medan mikroprocessorer har lägen för låg effekt är dessa lägen inte lika många som de som finns på en typisk MCU och med de externa komponenter som krävs av en mikroprocessorbaserad design är det lite mer komplicerat att uppnå lägen med låg effekt. Bortsett från lägena med låg effekt är den faktiska mängden ström som förbrukas av en MCU mycket lägre än vad en mikroprocessor förbrukar, eftersom ju större bearbetningskapacitet, desto mer kraft krävs för att hålla processorn igång.

Mikrokontroller tenderar därför att hitta applikationer där ultra-låg effektbehandlingsenheter krävs såsom fjärrkontroller, konsumentelektronik och flera smarta enheter där designen betonar batteriets livslängd. De används också där ett mycket deterministiskt beteende behövs.

Mikroprocessorer är å andra sidan idealiska för industri- och konsumentapplikationer som kräver ett operativsystem, är beräkningskrävande och kräver höghastighetsanslutning eller ett användargränssnitt med massor av medieinformation.

Slutsats

Flera andra faktorer finns och fungerar som avgörare för valet mellan dessa två plattformar och alla faller under prestanda, kapacitet och budget men det totala urvalet blir lättare när en korrekt systemfördesign är på plats och kraven tydligt anges. Mikrokontroller används mest i lösningar med en mycket stram BOM-budget och med stränga strömkrav, medan mikroprocessorer används i applikationer med enorma beräknings- och prestandakrav.