마이크로프로세서 및 FPGA 대 마이크로컨트롤러

소개:

FPGA와 마이크로컨트롤러는 거의 모든 전기 프로젝트의 기본 뿌리입니다. 거의 모든 전기 장치에는 해당 장치가 제대로 작동하는 데 도움이 되는 프로그래밍 가능한 칩이 설치되어 있습니다. 그러나 FPGA와 마이크로컨트롤러의 차이점은 무엇입니까? 그리고 어느 것이 당신에게 더 나은지 어떻게 알 수 있습니까?

FPGA(Field Programmable Gate Array)는 제조 후에 프로그래밍할 수 있는 IC 유형인 반면 마이크로컨트롤러에는 자체 회로와 명령어가 미리 설정되어 있습니다. 우리는 둘을 구별하는 특성과 귀하의 프로젝트에 하나를 선택하는 방법에 대해 논의할 것입니다.

마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러의 차이점:

먼저 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러는 종종 혼동되기 때문에 차이점을 알아야 합니다. 마이크로프로세서는 CPU와 같은 전기 장치와 함께 제공되고 처리를 위해 만들어진 집적 회로입니다. 이러한 칩은 RAM이나 ROM과 같은 주변 장치가 칩에 포함되지 않고 대신 칩 외부에 제공되어 부피가 커지는 경향이 있습니다. 반면에 마이크로컨트롤러는 그 자체가 주변 장치가 내장된 컴퓨터이며 비교적 작습니다. 마이크로컨트롤러는 특정 작업을 수행하도록 설계되었으며 따라서 작업이 지정될수록 주변 장치의 필요성이 줄어듭니다. 마이크로프로세서는 시스템의 핵심으로 간주될 수 있으며 마이크로컨트롤러는 임베디드 시스템을 구동하는 역할을 합니다.

마이크로프로세서는 일반적으로 비디오 편집, 게임 개발 등과 같은 작업에 사용되는 반면 마이크로컨트롤러는 보다 복잡한 작업을 처리합니다. 마이크로프로세서는 일반적으로 1GHz를 초과할 수 있는 반면 마이크로컨트롤러는 최대 30-50MHz까지 갈 수 있습니다. 또한 마이크로컨트롤러는 일반적으로 마이크로프로세서보다 저렴합니다. 마이크로프로세서 대신 마이크로컨트롤러를 사용할 수 있지만 상당히 비쌉니다.

마이크로프로세서

마이크로프로세서는 여러 개의 외부 구성 요소가 필요하기 때문에 상대적으로 더 비쌉니다. 마이크로컨트롤러는 절전 시스템으로 구축할 수 있지만 마이크로프로세서에는 이러한 기능이 없습니다. 마이크로컨트롤러는 특정 프로그래밍 및 정보 메모리가 있는 하버드 아키텍처를 기반으로 하는 반면 마이크로프로세서는 폰 노이만 모델을 기반으로 하며 데이터 및 프로그래밍은 동일한 메모리 모듈에 저장됩니다.

FPGA와 마이크로컨트롤러의 차이점:

마이크로컨트롤러와 FPGA는 모두 출력 값을 모니터링하고 시스템의 처리를 제어하는 ​​데 사용됩니다. 그러나 그들은 매우 뚜렷한 차이점을 가지고 있습니다. 마이크로컨트롤러는 자체 메모리, I/O 포트 및 타이머가 있는 컴퓨터와 같습니다. 다른 하드웨어를 대신하여 간단한 작업을 수행할 수 있습니다. FPGA는 수백만 개의 논리 게이트가 있는 IC 유형이며 프로그래밍된 논리 게이트를 통해 작업을 수행할 수 있으며 작동하려면 외부 주변 장치도 필요합니다. 마이크로컨트롤러는 C, C++를 사용하여 프로그래밍할 수 있는 반면 FPGA의 로직 게이트는 VHDL 또는 Verilog를 사용하여 프로그래밍할 수 있습니다. 마이크로프로세서는 처리 능력이 제한적이지만 FPGA는 공간이 제한적입니다.

Mimas V2 Spartan 6 FPGA 개발 보드

FPGA는 로직 게이트에서 수행하도록 프로그래밍된 모든 작업을 수행할 수 있고 다른 작업을 수행하도록 재배선될 수도 있으므로 유연성을 보여줍니다. 반면에 마이크로컨트롤러는 연결된 작업으로 제한됩니다. FPGA는 동시에 다양한 명령을 처리할 수 있는 반면 마이크로프로세서는 시퀀스에서 한 줄씩 프로그램을 소비합니다.

또한 FPGA보다 마이크로컨트롤러용 코드를 작성하는 것이 비교적 쉽습니다. FPGA에서는 FSM(Finite State Machine)을 사용하여 중단을 쉽게 제어할 수 있지만 마이크로컨트롤러에서는 중단을 극복하는 데 시간이 걸립니다. 마이크로컨트롤러 레이아웃은 실리콘 집적 회로에서 수정해야 하는 반면 하드웨어를 변경하지 않고 FPGA를 쉽게 재프로그래밍할 수 있습니다.

FPGA 구성은 모든 코드를 처음부터 컴파일한 다음 기계어로 변환해야 하므로 더 복잡합니다. 반면에 마이크로컨트롤러는 작업을 수행할 수 있도록 미리 제작되었으며 사용 및 구성이 더 쉽습니다. 프로그래밍 측면에서 마이크로컨트롤러는 비교적 유연하지만 하드웨어를 통해 정확하게 사용자 정의할 수는 없습니다.

FPGA 및 마이크로컨트롤러의 전력 소비:

FPGA는 마이크로컨트롤러에 비해 상대적으로 더 많은 전력을 사용하므로 모든 시스템에 적합하지 않습니다. FPGA는 또한 ASIC(Application Specific Integrated Circuits)와 같은 구성 요소만큼 효율적이지 않습니다. FPGA를 재프로그래밍하는 것은 로직 활용도가 낮아짐에 따라 비효율성을 의미하기도 합니다. 유사하게 사용하지 않는 트랜지스터는 더 많은 전력 소비를 초래합니다.

하지만 FPGA의 속도는 마이크로컨트롤러보다 빠릅니다. 마이크로컨트롤러는 처리 속도가 더 느리지만 전력 소모도 적으며 절전 모드도 제공합니다. 일부는 1µA 미만의 절전 전류를 허용하고 느린 클록 속도 동안 몇 µA에서 작동할 수 있습니다. 경우에 따라 FPGA 시스템은 보드의 마이크로컨트롤러를 사용하여 전력 효율성을 높일 수 있습니다.

결론:
귀하의 프로젝트는 마이크로컨트롤러와 FPGA를 모두 사용할 수 있습니다. 그러나 보다 저렴한 선택을 원하면 마이크로컨트롤러를 선택해야 합니다. 유사하게, 더 유연하고 재프로그래밍 가능한 옵션을 원한다면 FPGA를 선택해야 합니다.