微处理器和 FPGA 与微控制器

简介：

FPGA 和微控制器是几乎所有电气项目的基础。在几乎所有的电气设备中，您一定会发现安装了一个可编程芯片来帮助该设备正常运行。但是FPGA和微控制器有什么区别？你怎么知道哪一个更适合你？

FPGA（现场可编程门阵列）是一种集成电路，您可以在制造后对其进行编程，而微控制器则预先设置了自己的电路和指令。我们将讨论区分两者的特征以及如何为您的项目选择一个。

微处理器和微控制器的区别：

首先，您应该知道微处理器和微控制器之间的区别，因为它们经常被混淆。微处理器是一种集成电路，它带有诸如 CPU 之类的电子设备，用于处理。这些芯片没有外设，例如芯片上包含的 RAM 或 ROM，而是在芯片外部提供，这往往会使其体积更大。另一方面，微控制器本身就是一台嵌入了外围设备的计算机，并且相对较小。微控制器旨在执行特定任务，因此，随着任务的指定，对外围设备的需求较少。微处理器可以被认为是系统的核心，而微控制器是嵌入式系统的驱动力。

微处理器通常用于视频编辑、游戏开发等任务，而微控制器则涵盖更复杂的任务。微处理器通常可以超过 1GHz，而微控制器可以达到 30-50 MHz。微控制器通常比微处理器便宜。您可以使用微控制器代替微处理器，但它非常昂贵。

微处理器

由于需要多个外部组件，微处理器相对更昂贵。微控制器可以构建有节电系统，而微处理器则缺乏这样的功能。微控制器基于哈佛架构，具有特定的编程和信息存储器，而微处理器则建立在冯诺依曼模型之上，数据和编程存储在同一个存储器模块中。

FPGA和微控制器的区别：

微控制器和 FPGA 都用于监视输出值和控制系统的处理。但他们有非常明显的不同。微控制器就像一台具有自己的内存、I/O 端口和定时器的计算机。它可以代表其他硬件执行简单的任务。 FPGA是一种具有数百万个逻辑门的IC，可以通过编程的逻辑门执行任务，它们还需要外部外围设备才能发挥作用。微控制器可以使用 C、C++ 进行编程，而 FPGA 上的逻辑门使用 VHDL 或 Verilog 进行编程。微处理器的处理能力有限，而FPGA的空间有限。

Mimas V2 Spartan 6 FPGA开发板

FPGA 表现出灵活性，因为它们可以执行它们在逻辑门中编程执行的任何任务，甚至可以重新布线以执行不同的任务。另一方面，微控制器仅限于它们所连接的任务。微处理器还将按顺序逐行使用程序，而 FPGA 可以同时处理各种命令。

为微控制器编写代码也比为 FPGA 编写代码相对容易。您可以使用 FSM（有限状态机）轻松控制 FPGA 中的中断，而在微控制器中则需要时间来克服中断。您可以轻松地对 FPGA 进行重新编程，而无需更改硬件，而微控制器布局需要在硅集成电路中进行修改。

FPGA 配置更复杂，因为您必须从头开始编译所有代码，然后将它们转换为机器语言。另一方面，微控制器是现成的，可以执行任务，并且更易于使用和配置。如果我们从编程的角度谈，那么微控制器相对更灵活，但无法通过硬件准确定制。

FPGA 和微控制器的功耗：

与微控制器相比，FPGA 的功耗相对较高，因此并不适用于所有系统。 FPGA 的效率也不如 ASIC（专用集成电路）等组件。重新编程 FPGA 也意味着效率低下，因为逻辑利用率变低。同样，未使用的晶体管会导致更多的功耗。

但是FPGA的速度比微控制器高。微控制器的处理速度较低，但功耗也较低，甚至还提供省电模式。有些允许小于 1 µA 的睡眠电流，并且可以在低时钟速率期间以几 µA 运行。在某些情况下，FPGA 系统可能会使用板上的微控制器来提高电源效率。

结论：
您的项目可以同时使用微控制器和 FPGA。但是，如果您想要更实惠的选择，那么您应该选择微控制器。同样，如果您希望获得更灵活和可重新编程的选项，那么您应该选择 FPGA。