Bir mikro denetleyici ve mikroişlemci arasında seçim yapma

İşlem birimi olan gömülü bir aygıtın beyni, aygıtın tasarlandığı görev (ler) i gerçekleştirmedeki başarısının veya başarısızlığının temel belirleyicisidir. İşlem birimi, girdiden son çıktıya kadar olan her süreçten sorumludur, bu nedenle beyin için doğru platformun seçilmesi, her şey bu kararın doğruluğuna bağlı olacağından, cihaz tasarımı sırasında çok önemlidir.

Mikrodenetleyici ve Mikroişlemci

Gömülü cihazlar için kullanılan işleme bileşenleri iki geniş kategoriye ayrılabilir; Mikrodenetleyiciler ve Mikroişlemciler.

Mikrodenetleyiciler, programlanabilir özel ve genel amaçlı giriş ve çıkış (G / Ç) bağlantı noktalarının yanına gömülü bellek aygıtlarına sahip, bir veya daha fazla işlemci çekirdeği içeren tek bir yonga üzerinde yer alan küçük bilgi işlem cihazlarıdır. Özellikle sadece belirli tekrar eden görevlerin gerçekleştirilmesi gereken uygulamalarda kullanılırlar. Gömülü projeleriniz için Doğru Mikrodenetleyiciyi seçme konusunu zaten tartışmıştık.

Diğer yandan mikro işlemciler, bir çip üzerindeki merkezi işlem biriminin tüm işlevlerini birleştiren, ancak mikro denetleyici gibi bellek ve giriş ve çıkış pinleri gibi çevre birimleri içermeyen genel amaçlı hesaplama cihazlarıdır.

Üreticiler artık mikroişlemciler için yongalarda bellek kullanımı ve mikro denetleyicilerin harici bir belleğe bağlanma yeteneği gibi mikro denetleyiciler ve mikroişlemciler arasındaki çizgiyi bulanıklaştıran birçok şeyi değiştiriyor olsalar da, bu bileşenler arasında hala önemli farklılıklar var ve tasarımcı olacaktır. belirli bir proje için aralarından en iyisini seçmeniz gerekir.

Mikroişlemci ve Mikroişlemci arasındaki fark hakkında daha fazla bilgi edinin.

Bir MPU veya MCU Seçerken Dikkat Edilmesi Gereken Faktörler

Gömülü bir ürünün tasarımında kullanılacak işleme cihazı ile ilgili olarak gidilecek yön hakkında herhangi bir karar vermeden önce, tasarım spesifikasyonlarının geliştirilmesi önemlidir. Tasarım spesifikasyonlarının geliştirilmesi, cihaz ön tasarımı için ayrıntılı olarak tanımlanmaya, çözülecek problemin nasıl çözüleceğine, kullanılacak bileşenleri vurgulamaya ve çok daha fazlasına yardımcı olan bir yol sağlar. Bu, tasarımcının proje hakkında bilgiye dayalı genel kararlar almasına yardımcı olur ve işleme birimi için hangi yöne gideceğini belirlemeye yardımcı olur.

Bir mikro denetleyici ve bir mikroişlemci arasında seçim yapmadan önce tasarım şartnamesinde dikkate alınması gereken faktörlerden bazıları aşağıda açıklanmıştır.

1. İşlem Gücü

İşlem gücü, bir mikro denetleyici ve bir mikroişlemci arasında seçim yaparken göz önünde bulundurulması gereken ana konulardan biridir (ana değilse). Mikroişlemcilere kullanım eğilimi gösteren ana faktörlerden biridir. DMIPS (Saniyede Dhrystone Milyon Talimat) cinsinden ölçülür ve bir mikro denetleyicinin veya mikroişlemcinin bir saniyede işleyebileceği komut sayısını temsil eder. Esasen, bir cihazın kendisine atanan bir görevi ne kadar hızlı tamamlayabileceğinin bir göstergesidir.

Tasarımınızın gerektirdiği tam hesaplama gücünü belirlemek çok zor bir görev olabilirken, görev (ler) i inceleyerek, cihaz gerçekleştirmek için yaratılıyor ve bu görevlerin hesaplama gereksinimlerinin neler olabileceği konusunda eğitimli bir tahmin yapılabilir. Örneğin, gömülü Linux, Windows CE veya diğer işletim sistemlerinden herhangi birinin tam bir işletim sisteminin kullanılmasını gerektiren bir cihazın geliştirilmesi, 500 DMIPS kadar yüksek bir işlemci gücü gerektirecek ve bir işlemci gibi ses çıkaracak mı? Evet. Buna ek olarak, bir cihazda bir işletim sistemi çalıştırmak, gerekli işlem gücünü artıracak bir bellek yönetim birimi (MMU) gerektirecektir. Çok sayıda aritmetik içeren cihaz uygulamaları da çok yüksek DMIPS gerektirirdeğerler ve aygıtın gerçekleştireceği matematik / sayısal hesaplamalar ne kadar fazlaysa, gerekli işlem gücü nedeniyle tasarım gereksinimleri bir mikroişlemcinin kullanımına doğru o kadar fazla eğilir.

Mikroişlemciler ve mikro denetleyiciler arasındaki seçimi etkileyen işlem gücünün bir diğer ana etkisi, Kullanıcı arayüzleri gibi şeylerin karmaşıklığı veya basitliğidir. Bu günlerde en basit uygulamalar için bile renkli ve etkileşimli GUI'lere sahip olmak arzu edilen bir şey. QT gibi kullanıcı arabirimleri oluşturmada kullanılan çoğu kitaplık 80 - 100 DMIPS kadar işlem gücü gerektirir ve ne kadar çok animasyon, görüntü ve diğer multimedya içeriği görüntülenecekse, o kadar fazla işlem gücü gerekir. Bununla birlikte, düşük çözünürlüklü ekranlardaki daha basit kullanıcı arayüzleri çok az işlem gücü gerektirir ve mikrodenetleyiciler kullanılarak çalıştırılabilir, çünkü günümüzde pek çoğu farklı ekranlarla etkileşime girmek için gömülü arayüzlerle birlikte gelir

Yukarıda bahsedilen bazı temel işlevlerin yanı sıra, iletişim ve diğer çevre birimleri için bir miktar işlem gücü ayırmak önemlidir. Yukarıda verilen örneklerin çoğu bir mikroişlemci kullanımını destekleme eğiliminde olsa da, bunlar genellikle mikrodenetleyicilere kıyasla daha pahalıdır ve belirli çözümlerde kullanıldıklarında, örneğin bir ampulü otomatikleştirmek için 500 DMIPS mikroişlemci kullanmak, toplam maliyeti oluşturacaktır. Ürünün normalden daha yüksek olması ve nihayetinde pazarda başarısızlığına yol açabilir.

2. Arayüzler

Ürünün farklı unsurlarını birbirine bağlamak için kullanılacak arayüz, bir mikroişlemci ve bir mikroişlemci arasında seçim yapmadan önce dikkat edilmesi gereken faktörlerden biridir. Kullanılacak işlem biriminin diğer bileşenlerin gerektirdiği arayüzlere sahip olduğundan emin olmak önemlidir.

Örneğin, bağlantı ve iletişim açısından bakıldığında, çoğu mikro denetleyici ve Mikroişlemci, iletişim cihazlarına bağlanmak için gereken arabirimlere sahiptir, ancak süper hızlı USB 3.0 arabirimi, birden çok 10/100 Ethernet bağlantı noktası veya Gigabit Ethernet bağlantı noktası gibi yüksek hızlı iletişim çevre birimleri gerektiğinde, bazı şeyler Mikroişlemci yönüne doğru eğim çünkü bunları desteklemek için gereken arabirim genellikle yalnızca üzerlerinde bulunur, çünkü bunlar büyük miktarda veriyi ve bu verilerin aktarılma hızını daha fazla işleme ve işleme kapasitesine sahiptir.

Bu arabirimler için kullanılan protokollerin aygıt yazılımı için gereken bellek miktarı üzerindeki etkisi, bellek gereksinimlerini artırma eğiliminde olduklarından doğrulanmalıdır. Mikroişlemci tabanlı bir tasarımın, özellikle sistem bir işletim sistemi kullanımını içerdiğinde büyük miktarda veri alışverişi ile yüksek hızlı bağlantı gerektiren uygulamalar için benimsenmesi genel bir kuraldır.

3. Hafıza

Bu iki veri işleme cihazı, bellek ve veri depolamayı farklı şekilde ele alır. Örneğin, mikro denetleyiciler yerleşik, sabit bellek aygıtlarıyla gelirken, mikro işlemciler bellek aygıtlarının bağlanabileceği arabirimlerle birlikte gelir. Bunun iki önemli sonucu;

Maliyet

Mikroişlemci, bu ek gereksinimler nedeniyle benimsenmesi pahalı bir çözüm haline gelirken, ek bir bellek cihazının kullanılmasını gerektirmediğinden daha ucuz bir çözüm haline gelir.

Sınırlı Hafıza

Mikrodenetleyicideki sabit bellek, üzerinde depolanabilecek veri miktarını sınırlandırır. Bu, genellikle harici bellek cihazlarına bağlı olduklarından işlemciler için geçerli olmayan bir durumdur. Bu sınırlamanın ne zaman sorun olabileceğine dair iyi bir örnek, cihaz için ürün yazılımı geliştirirken verilebilir. Kod boyutuna Ek kilobayt eklemek, kullanılacak mikro denetleyicide bir değişiklik gerektirebilir, ancak tasarım bir işlemciye dayanıyorsa, yalnızca bellek cihazını değiştirmemiz gerekecektir. Böylece Mikroişlemciler bellek konusunda daha fazla esneklik sunar.

Dikkate alınması gereken belleğe bağlı olarak başka birkaç faktör daha vardır, bunlardan biri başlatma (önyükleme) zamanıdır. Örneğin Mikroişlemciler, aygıt yazılımını harici bir bellekte (Genellikle bir harici NAND veya Seri Flash bellek) depolar ve önyükleme sırasında aygıt yazılımı işlemcinin DRAM'ına yüklenir. Bu birkaç saniye içinde gerçekleşirken, belirli uygulamalar için ideal olmayabilir. Diğer yandan mikrodenetleyici daha az zaman alır.

Genel hız hususları için, MCU genellikle, içinde kullanılan işlemci çekirdeği, belleğin gömülü olması ve bunlarla birlikte kullanılan bellenimin her zaman ya bir RTOS ya da çıplak metal olması nedeniyle zaman açısından en kritik uygulamaları ele alma becerisi nedeniyle kazanır. C.

4. Güç

Dikkate alınması gereken son bir nokta güç tüketimidir. Mikroişlemciler düşük güç modlarına sahipken, bu modlar tipik bir MCU'da bulunanlar kadar değildir ve mikroişlemci tabanlı bir tasarımın gerektirdiği harici bileşenlerle, düşük güç modlarına ulaşmak biraz daha karmaşıktır. Düşük güç modlarının yanı sıra, bir MCU tarafından tüketilen gerçek güç miktarı, bir mikroişlemcinin tükettiğinden çok daha düşüktür, çünkü işlem kapasitesi ne kadar büyükse, işlemciyi çalışır durumda tutmak için gereken güç miktarı o kadar fazladır.

Bu nedenle mikrodenetleyiciler, uzaktan kumandalar, tüketici elektroniği ve tasarımın pil ömrünün uzun ömürlülüğüne odaklandığı birkaç akıllı cihaz gibi ultra düşük güçlü işlem birimlerinin gerekli olduğu uygulamaları bulma eğilimindedir. Ayrıca, oldukça deterministik bir davranışın gerekli olduğu yerlerde kullanılırlar.

Öte yandan mikroişlemciler, bir işletim sistemi gerektiren, yoğun hesaplama gerektiren ve yüksek hızlı bağlantı veya çok sayıda medya bilgisi içeren bir kullanıcı arayüzü gerektiren endüstriyel ve tüketici uygulamaları için idealdir.

Sonuç

Diğer birkaç faktör vardır ve bu iki platform arasında seçim yapmak için belirleyici görevi görür ve tümü performans, kapasite ve bütçe kapsamına girer, ancak uygun bir sistem ön tasarımı yapıldığında ve gereksinimler açıkça belirtildiğinde genel seçim daha kolay hale gelir. Mikrodenetleyiciler çoğunlukla çok sıkı bir ürün reçetesi bütçesine ve sıkı güç gereksinimlerine sahip çözümlerde kullanılırken, Mikroişlemciler büyük hesaplama ve performans gereksinimleri olan uygulamalarda kullanılır.