Microprocessador e FPGA versus microcontroladores

Introdução:

FPGA e microcontroladores são as raízes básicas de quase todos os projetos elétricos. Em quase todos os dispositivos elétricos, você certamente encontrará um chip programável instalado que ajuda o dispositivo a funcionar corretamente. Mas qual é a diferença entre um FPGA e um microcontrolador? E como você pode dizer qual é melhor para você?

Um FPGA (Field Programmable Gate Array) é um tipo de IC que você pode programar após a fabricação, enquanto um microcontrolador tem seu próprio circuito e instruções definidas de antemão. Discutiremos as características que diferenciam os dois e como escolher aquele para o seu projeto.

Diferença entre um microprocessador e um microcontrolador:

Primeiro, você deve saber a diferença entre um microprocessador e um microcontrolador, pois eles geralmente são confundidos. Um microprocessador é um circuito integrado que vem com um dispositivo elétrico, como uma CPU, e é construído para processamento. Esses chips não possuem periféricos como RAM ou ROM incluídos no chip, mas são fornecidos fora do chip, o que tende a torná-lo mais volumoso. Por outro lado, o próprio microcontrolador é um computador com periféricos embutidos e é comparativamente menor. Os microcontroladores são projetados para realizar tarefas específicas e a necessidade de periféricos é, portanto, menor à medida que a tarefa é especificada. Os microprocessadores podem ser considerados o coração do sistema, enquanto os microcontroladores são o que impulsionam os sistemas embarcados.

Os microprocessadores são geralmente usados ​​para tarefas como edição de vídeo, desenvolvimento de jogos, etc., enquanto os microcontroladores cobrem tarefas mais complexas. Os microprocessadores geralmente podem ir além de 1 GHz, enquanto os microcontroladores podem ir até 30-50 MHz. Além disso, os microcontroladores geralmente são mais baratos que os microprocessadores. Você pode usar um microcontrolador no lugar de um microprocessador, mas é bastante caro.

Microprocessadores

Os microprocessadores são comparativamente mais caros devido aos vários componentes externos necessários. Os microcontroladores podem ser construídos com sistemas de economia de energia, enquanto os microprocessadores não possuem esse recurso. Os microcontroladores são baseados na arquitetura Harvard com programação específica e memória de informações, enquanto os microprocessadores são construídos no modelo von Neumann e os dados e a programação são armazenados no mesmo módulo de memória.

Diferença entre FPGA e microcontroladores:

Microcontroladores e FPGA são usados ​​para monitorar os valores de saída e controlar o processamento de um sistema. Mas eles têm diferenças muito gritantes. Um microcontrolador é como um computador com sua própria memória, portas de E/S e temporizadores. Ele pode realizar tarefas simples em nome de outro hardware. Um FPGA é um tipo de IC com milhões de portas lógicas e pode realizar tarefas através de portas lógicas programadas, eles também precisam de periféricos externos para funcionar. Um microcontrolador pode ser programado usando C, C++, enquanto as portas lógicas no FPGA são programadas usando VHDL ou Verilog. O microprocessador tem poder de processamento limitado, enquanto o FPGA tem espaço limitado.

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FPGAs mostram flexibilidade, pois podem executar qualquer tarefa para a qual estão programados nas portas lógicas e podem até ser reconectados para executar uma tarefa diferente. Os microcontroladores, por outro lado, são limitados à tarefa com a qual estão conectados. Os microprocessadores também consumirão um programa linha por linha em uma sequência, enquanto os FPGAs podem processar vários comandos ao mesmo tempo.

Também é comparativamente mais fácil escrever códigos para um microcontrolador do que para um FPGA. Você pode controlar facilmente as interrupções no FPGA usando FSMs (Finite State Machines), enquanto nos microcontroladores o tempo é necessário para superar as interrupções. Você pode reprogramar facilmente o FPGA sem fazer alterações no hardware, enquanto o layout do microcontrolador precisa ser modificado no circuito integrado de silício.

A configuração do FPGA é mais complexa, pois você terá que compilar todos os códigos do zero e depois convertê-los em linguagem de máquina. Por outro lado, os microcontroladores são construídos prontos para executar tarefas e são mais fáceis de usar e configurar. Se falarmos em termos de programação, os microcontroladores são comparativamente mais flexíveis, mas não podem ser personalizados com precisão por meio do hardware.

Consumo de energia em FPGA e microcontroladores:

Os FPGAs comparativamente consomem mais energia do que os microcontroladores e, portanto, não são adequados para todos os sistemas. FPGAs também não são tão eficientes quanto componentes como ASICs (Application Specific Integrated Circuits). Reprogramar um FPGA também significa ineficiência, pois a utilização da lógica se torna baixa. Da mesma forma, transistores não utilizados levam a um maior consumo de energia.

Mas a velocidade dos FPGAs é maior que a dos microcontroladores. Os microcontroladores têm velocidades de processamento mais baixas, mas consomem menos energia e ainda oferecem modos de economia de energia. Alguns permitem correntes de sono inferiores a 1 µA e podem funcionar em alguns µA durante taxas de clock lentas. Em alguns casos, um sistema FPGA pode usar um microcontrolador na placa para aumentar a eficiência de energia.

Conclusão:
Seu projeto pode usar tanto um microcontrolador quanto um FPGA. Mas se você deseja uma escolha mais acessível, deve escolher microcontroladores. Da mesma forma, se você deseja uma opção mais flexível e reprogramável, deve optar por um FPGA.