Microprocesador y FPGA frente a microcontroladores

Introducción:

FPGA y microcontroladores son las raíces básicas de casi todos los proyectos eléctricos. En casi todos los dispositivos eléctricos, seguramente encontrará un chip programable instalado que ayuda a que ese dispositivo funcione correctamente. Pero, ¿cuál es la diferencia entre un FPGA y un microcontrolador? ¿Y cómo puedes saber cuál es mejor para ti?

Un FPGA (Field Programmable Gate Array) es un tipo de IC que puede programar después de la fabricación, mientras que un microcontrolador tiene sus propios circuitos e instrucciones establecidas de antemano. Discutiremos las características que diferencian a los dos y cómo elegir uno para su proyecto.

Diferencia entre un Microprocesador y un Microcontrolador:

Primero, debe conocer la diferencia entre un microprocesador y un microcontrolador, ya que a menudo se confunden. Un microprocesador es un circuito integrado que viene con un dispositivo eléctrico como una CPU y está construido para el procesamiento. Estos chips no tienen periféricos como RAM o ROM incluidos en el chip, sino que se proporcionan fuera del chip, lo que tiende a hacerlo más voluminoso. Por otro lado, el microcontrolador es en sí mismo una computadora con periféricos integrados y es comparativamente más pequeño. Los microcontroladores están diseñados para realizar tareas específicas y, por lo tanto, la necesidad de periféricos es menor a medida que se especifica la tarea. Los microprocesadores pueden considerarse el corazón del sistema, mientras que los microcontroladores son los que impulsan los sistemas integrados.

Los microprocesadores generalmente se usan para tareas como la edición de videos, el desarrollo de juegos, etc., mientras que los microcontroladores cubren tareas más complejas. Los microprocesadores generalmente pueden ir más allá de 1 GHz, mientras que los microcontroladores pueden llegar hasta 30-50 MHz. Además, los microcontroladores suelen ser más baratos que los microprocesadores. Puede usar un microcontrolador en lugar de un microprocesador, pero es bastante costoso.

Microprocesadores

Los microprocesadores son comparativamente más caros debido a los múltiples componentes externos necesarios. Los microcontroladores se pueden construir con sistemas de ahorro de energía, mientras que los microprocesadores carecen de esa característica. Los microcontroladores se basan en la arquitectura de Harvard con programación específica y memoria de información, mientras que los microprocesadores se basan en el modelo de von Neumann y los datos y la programación se almacenan en el mismo módulo de memoria.

Diferencia entre FPGA y Microcontroladores:

Los microcontroladores y FPGA se utilizan para monitorear los valores de salida y controlar el procesamiento de un sistema. Pero tienen diferencias muy marcadas. Un microcontrolador es como una computadora con su propia memoria, puertos de E/S y temporizadores. Puede llevar a cabo tareas simples en nombre de otro hardware. Un FPGA es un tipo de IC con millones de puertas lógicas y puede realizar tareas a través de puertas lógicas programadas, también necesitan periféricos externos para funcionar. Un microcontrolador se puede programar con C, C++, mientras que las puertas lógicas de la FPGA se programan con VHDL o Verilog. El microprocesador tiene un poder de procesamiento limitado mientras que el FPGA tiene un espacio limitado.

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Los FPGA muestran flexibilidad, ya que pueden realizar cualquier tarea para la que están programados en las puertas lógicas e incluso se pueden volver a cablear para realizar una tarea diferente. Los microcontroladores, por otro lado, están limitados a la tarea con la que están conectados. Los microprocesadores también consumirán un programa línea por línea en una secuencia, mientras que los FPGA pueden procesar varios comandos al mismo tiempo.

También es comparativamente más fácil escribir códigos para un microcontrolador que para un FPGA. Puede controlar fácilmente las interrupciones en FPGA mediante el uso de FSM (Máquinas de estado finito), mientras que en los microcontroladores se necesita tiempo para superar las interrupciones. Puede reprogramar fácilmente el FPGA sin realizar cambios en el hardware, mientras que el diseño del microcontrolador debe modificarse en el circuito integrado de silicio.

La configuración de FPGA es más compleja ya que tendrá que compilar todos los códigos desde cero y luego convertirlos a lenguaje de máquina. Por otro lado, los microcontroladores están listos para realizar tareas y son más fáciles de usar y configurar. Si hablamos en términos de programación, los microcontroladores son comparativamente más flexibles pero no se pueden personalizar con precisión a través del hardware.

Consumo de energía en FPGA y Microcontroladores:

FPGA comparativamente usó más energía en comparación con los microcontroladores y, por lo tanto, no son adecuados para todos los sistemas. Los FPGA tampoco son tan eficientes como componentes como los ASIC (Circuitos Integrados de Aplicación Específica). Reprogramar un FPGA también significa ineficiencia ya que la utilización de la lógica se vuelve baja. Del mismo modo, los transistores no utilizados conducen a un mayor consumo de energía.

Pero la velocidad de los FPGA es mayor que la de los microcontroladores. Los microcontroladores tienen velocidades de procesamiento más bajas, pero también consumen menos energía e incluso ofrecen modos de ahorro de energía. Algunos permiten corrientes de sueño de menos de 1 µA y pueden funcionar a unos pocos µA durante velocidades de reloj lentas. En algunos casos, un sistema FPGA puede usar un microcontrolador en la placa para aumentar la eficiencia energética.

Conclusión:
Su proyecto puede usar tanto un microcontrolador como un FPGA. Pero si desea una opción más asequible, debe elegir microcontroladores. Del mismo modo, si desea una opción más flexible y reprogramable, debe optar por un FPGA.