- מיקרו-בקר ומיקרו-מעבד
- גורמים שיש לקחת בחשבון בבחירת MPU או MCU
- 1. כוח עיבוד
- 2. ממשקים
- 3. זיכרון
- 4. כוח
- סיכום
מוחו של מכשיר משובץ, שהוא יחידת העיבוד, הוא הקובע המרכזי להצלחתו או כישלונו של המכשיר בביצוע המשימות / ת עבורן הוא נועד. יחידת העיבוד אחראית על כל תהליך הכרוך בקלט למערכת וכלה בפלט הסופי, ובכך בחירת הפלטפורמה המתאימה למוח הופכת להיות חשובה מאוד במהלך תכנון המכשיר שכן כל דבר אחר יהיה תלוי בדיוק הדיוק של ההחלטה.
מיקרו-בקר ומיקרו-מעבד
ניתן לחלק את רכיבי העיבוד המשמשים למכשירים משובצים לשתי קטגוריות רחבות; מיקרו-בקרים ומיקרו-מעבדים.
מיקרו-בקרים הם מכשירי מחשוב קטנים על שבב יחיד המכילים ליבת עיבוד אחת או יותר, עם התקני זיכרון המוטמעים לצד יציאות קלט ופלט (I / O) המיועדות לתכנות מיוחדות וכלליות. הם משמשים במיוחד ביישומים שבהם יש לבצע רק משימות חוזרות ספציפיות. כבר דנו בבחירת המיקרו-בקר הנכון לפרויקטים המשובצים שלך.
לעומת זאת מיקרו-מעבדים הם מכשירי מחשוב למטרות כלליות המשלבים את כל הפונקציות של יחידת העיבוד המרכזית על שבב אך אינם כוללים ציוד היקפי כמו זיכרון וסיכות קלט ופלט כמו המיקרו-בקר.
למרות שהיצרנים משנים כעת הרבה דברים שמטשטשים את הגבול בין מיקרו-בקרים ומיקרו-מעבדים כמו השימוש בזיכרון בשבבים למיקרו-מעבדים והיכולת של מיקרו-בקרים להתחבר לזיכרון חיצוני, עדיין קיימים הבדלים מרכזיים בין רכיבים אלה לבין המעצב. צריך לבחור את הטוב ביותר ביניהם לפרויקט מסוים.
למידע נוסף על ההבדל בין מיקרו-בקר למיקרו-מעבד.
גורמים שיש לקחת בחשבון בבחירת MPU או MCU
לפני שתקבל החלטה כלשהי לגבי הכיוון לגבי מכשיר העיבוד לשימוש לעיצוב מוצר משובץ, חשוב לפתח את מפרט העיצוב. פיתוח מפרט העיצוב מספק אפיק לעיצוב מראש של המכשיר המסייע בזיהוי בפרטים, הבעיה שיש לפתור, אופן פתרונה, מדגיש את הרכיבים לשימוש ועוד. זה עוזר למעצב לקבל החלטות כלליות מושכלות לגבי הפרויקט ועוזר לקבוע לאיזה כיוון לנסוע ליחידת העיבוד.
חלק מהגורמים במפרט התכנון שיש לקחת בחשבון לפני הבחירה בין מיקרו-בקר למיקרו-מעבד מתוארים להלן.
1. כוח עיבוד
כוח העיבוד הוא אחד הדברים העיקריים (אם לא העיקריים) שיש לקחת בחשבון בבחירה בין מיקרו-בקר למיקרו-מעבד. זה אחד הגורמים העיקריים שמטים שימוש במיקרו-מעבדים. הוא נמדד ב- DMIPS (Dhrystone מיליון הוראות לשנייה) ומייצג את מספר ההוראות שמיקרו-בקר או מעבד יכול לעבד בשנייה. זהו למעשה אינדיקציה כמה מהר יכול מכשיר להשלים משימה שהוקצתה לו.
בעוד שקביעת הכוח החישובי המדויק שעיצוב שלך דורש יכולה להיות משימה קשה מאוד, ניתן לבצע ניחוש מושכל על ידי בחינת המשימות, המכשיר נוצר לביצוע ומה הדרישות החישוביות של משימות אלה. למשל פיתוח מכשיר הדורש שימוש במערכת הפעלה מלאה או לינוקס משובץ, חלונות CE או כל מערכת הפעלה אחרת ידרוש כוח עיבוד של עד 500 DMIPS, שנשמע כמו מעבד? כן. כדי להוסיף לזה, הפעלת מערכת הפעלה במכשיר תדרוש יחידת ניהול זיכרון (MMU) שתגדיל את כוח העיבוד הנדרש. יישומי מכשיר הכוללים חשבון רב דורשים גם DMIPS גבוהים מאודערכים וככל שהמכשיר אמור לבצע חישובים מתמטיים / מספריים, כך דרישות התכנון נוטות יותר לשימוש במיקרו-מעבד בשל כוח העיבוד הנדרש.
השלכה עיקרית נוספת של כוח העיבוד המשפיעה על הבחירה בין מעבדים למיקרו-בקרים היא המורכבות או הפשטות של דברים כמו ממשקי משתמש. זה דבר רצוי שיש בימינו ממשקי משתמש צבעוניים ואינטראקטיביים אפילו ליישומים הבסיסיים ביותר. מרבית הספריות המשמשות ליצירת ממשקי משתמש כמו QT דורשות כוח עיבוד של עד 80 - 100 DMIPS וככל שמוצגים יותר אנימציות, תמונות ותכני מולטימדיה אחרים, כך כוח העיבוד הנדרש יותר. עם זאת, ממשקי משתמש פשוטים יותר במסכים ברזולוציה נמוכה דורשים כוח עיבוד מועט וניתן להפעיל אותם באמצעות מיקרו-בקרים מכיוון שמספר לא מבוטל מהם בימינו, מגיעים עם ממשקים מוטבעים כדי לתקשר עם צגים שונים
מלבד חלק מתפקידי הליבה שהוזכרו לעיל, חשוב לשריין כוח עיבוד מסוים לתקשורת וציוד היקפי אחר. למרות שרוב הדוגמאות המובאות לעיל נוטות לתמוך בשימוש במיקרו-מעבדים, הם בדרך כלל יקרים יותר בהשוואה למיקרו-בקרים ויהיו יתר על המידה בשימוש בפתרונות מסוימים, למשל שימוש במיקרו-מעבד 500 DMIPS לאוטומציה של נורה יעלה את העלות הכוללת. של המוצר גבוה מהרגיל ועלול בסופו של דבר להוביל לכישלונו בשוק.
2. ממשקים
הממשק שישמש לחיבור אלמנטים שונים של המוצר הוא אחד הגורמים שיש לקחת בחשבון לפני בחירה בין מיקרו-בקר למיקרו-מעבד. חשוב להבטיח כי יחידת העיבוד שתשתמש בה כוללת את הממשקים הנדרשים על ידי הרכיבים האחרים.
מנקודת קישוריות ותקשורת למשל, רוב המיקרו-בקרים והמיקרו-מעבדים מחזיקים בממשקים הנדרשים לחיבור להתקני תקשורת, אך כאשר נדרשים ציוד היקפי במהירות גבוהה כמו ממשק USB 3.0 מהיר במיוחד, יציאות Ethernet מרובות של 10/100 או יציאת Gigabit Ethernet, דברים נדרשים. להטות לכיוון המיקרו-מעבד מכיוון שהממשק הנדרש לתמיכה באלה נמצא בדרך כלל רק עליהם מכיוון שהם מסוגלים יותר לטפל ולעבד את כמויות הנתונים הגדולות ואת המהירות שבה נתונים אלה מועברים.
יש לאשר את ההשפעה של הפרוטוקולים המשמשים לממשקים אלה על כמות הזיכרון הנדרשת לקושחה מכיוון שהם נוטים להגדיל את דרישות הזיכרון. זה כלל אצבע כללי כי מאומץ על עיצוב מבוסס מעבד ליישומים הדורשים קישוריות מהירה עם כמות גדולה של נתונים המוחלפים במיוחד כאשר המערכת כוללת שימוש במערכת הפעלה.
3. זיכרון
שני התקני עיבוד הנתונים הללו מטפלים בזיכרון ואחסון נתונים באופן שונה. מיקרו-בקרים למשל מגיעים עם התקני זיכרון מוטבעים וקבועים ואילו המיקרו-מעבדים מגיעים עם ממשקים שאליהם ניתן לחבר התקני זיכרון. שתי השלכות עיקריות לכך הן:
עֲלוּת
המיקרו-בקר הופך לפיתרון זול יותר, מכיוון שהוא אינו דורש שימוש בהתקן זיכרון נוסף ואילו המעבד הופך לפיתרון יקר לאימוץ בשל דרישות נוספות אלו.
זיכרון מוגבל
הזיכרון הקבוע במיקרו-בקר מגביל את כמות הנתונים שניתן לאחסן עליו. זהו מצב שאינו חל על מעבדים מכיוון שהם מחוברים בדרך כלל להתקני זיכרון חיצוניים. דוגמה טובה למתי מגבלה זו יכולה להוות בעיה היא בפיתוח קושחה למכשיר. הוספת קילובייט נוספים לגודל הקוד עשויה לדרוש שימוש במיקרו-בקר, אך אם התכנון היה מבוסס על מעבד, נצטרך לשנות את התקן הזיכרון בלבד. כך המעבדים המיקרו מציעים גמישות רבה יותר בזיכרון.
ישנם מספר גורמים נוספים המבוססים על הזיכרון שיש לקחת בחשבון, אחד מהם הוא זמן ההפעלה (אתחול). המיקרו-מעבדים למשל מאחסנים את הקושחה בזיכרון חיצוני (בדרך כלל זיכרון NAND חיצוני או זיכרון פלאש) ובאתחול, הקושחה נטענת ב- DRAM של המעבד. אמנם זה מתרחש תוך כמה שניות, אך ייתכן שהוא אינו אידיאלי עבור יישומים מסוימים. המיקרו - בקר מצד שני לוקח פחות זמן.
משיקולי מהירות כלליים, ה- MCU מנצח בדרך כלל בשל יכולתו לטפל ביישומים הקריטיים ביותר בזמן בגלל ליבת המעבד המשמשת בהם, העובדה שהזיכרון מוטבע והקושחה המשמשת איתם היא תמיד RTOS או מתכת חשופה. ג.
4. כוח
נקודה אחרונה שיש לקחת בחשבון היא צריכת חשמל. בעוד שמעבדי המיקרו-מעבדים יש מצבי הספק נמוך, מצבים אלה אינם רבים כמו אלו הקיימים ב- MCU טיפוסי ועם הרכיבים החיצוניים הנדרשים על ידי תכנון מבוסס מעבד, זה מעט מורכב יותר להשיג מצבי הספק נמוך. מלבד מצבי ההספק הנמוכים, כמות החשמל האמיתית הנצרכת על ידי MCU נמוכה בהרבה ממה שמעבד צורך, מכיוון שככל שיכולת העיבוד גדולה יותר, כך כמות החשמל הנדרשת בכדי לשמור על פעולת המעבד.
לכן מיקרו-בקרים נוטים למצוא יישומים בהם נדרשות יחידות עיבוד בעלות צריכת חשמל נמוכות במיוחד כגון שלט רחוק, מוצרי אלקטרוניקה וכמה מכשירים חכמים כאשר הדגש העיצובי הוא על אורך חיי הסוללה. הם משמשים גם במקום בו יש צורך בהתנהגות דטרמיניסטית ביותר.
לעומת זאת, המיקרו-מעבדים הם אידיאליים עבור יישומים תעשייתיים וצרכניים הדורשים מערכת הפעלה, הם עתירי חישוב ודורשים קישוריות מהירה או ממשק משתמש עם הרבה מידע מדיה.
סיכום
קיימים מספר גורמים אחרים המשמשים כקובעים לבחירה בין שתי הפלטפורמות הללו וכולם נופלים תחת ביצועים, יכולת ותקציב, אך הבחירה הכוללת הופכת קלה יותר כאשר קיים תכנון מקדים של מערכות נכון והדרישות נקבעו בבירור. מיקרו-בקרים משמשים בעיקר בפתרונות עם תקציב BOM הדוק מאוד ועם דרישות מתח מחמירות ואילו, מיקרו-מעבדים משמשים ביישומים עם דרישות ענק לחישוב וביצועים.