Микропроцессор или микроконтроллер? Что выбрать для своей разработки?

05/12/2013 - 07:18 Pavel Bobkov

Введение

Выбор подходящего устройства, на котором будет основана ваша новая разработка, бывает не простым. Необходимо найти баланс между ценой, производительностью и энергопотреблением, а также учесть долгосрочные последствия этого выбора. Например, если используемое устройство, будь то микроконтроллер или микропроцессор, станет основой целого ряда новых продуктов.

Чем отличается микропроцессор и микроконтроллер?

Для начала давайте рассмотрим разницу между микроконтроллером (MCU) и микропроцессором (MPU). Обычно микроконтроллер использует встроенную флэш память, в которой хранятся и выполняется его программа. Благодаря этому, микроконтроллер имеет очень короткое время запуска и может выполнять код очень быстро. Единственное ограничение при использовании встроенной памяти - это ее конечный объем. Большинство микроконтроллеров, доступных на рынке, имеют максимальный объем флэш памяти ~2 мегабайта. Для некоторых приложений это может оказаться критическим фактором. 

Микропроцессоры не имеют ограничений на размер памяти, поскольку для хранения программы и данных они используют внешнюю память. Программа обычно хранится в энергонезависимой памяти, такой как NAND или последовательная флэш память. При запуске программа загружается во внешнюю динамическую оперативную память и затем выполняется. Микропроцессор не способен запускаться так же быстро, как микроконтроллер, но объем оперативной и энергонезависимой памяти, которую можно подключить к процессору, может достигать сотен и даже тысяч мегабайт. 

Другое отличие между микроконтроллером и микропроцессором - это система питания. Благодаря встроенному регулятору напряжения, микроконтроллеру необходимо только одно значение внешнего напряжения. Тогда как микропроцессору требуется несколько разных напряжений для ядра, периферии, портов ввода-вывода и т.д. О наличии этих напряжений на плате должен заботиться разработчик. 

Что выбрать MPU или MCU?

Выбор микроконтроллера или микропроцессора определяется некоторыми аспектами спецификации разрабатываемого устройства. Например, требуется такое количество периферийный интерфейсных каналов, которое не может предоставить микроконтроллер. Или требования относительно пользовательского интерфейса невозможно выполнить, используя микроконтроллер, потому что у него не хватает памяти и быстродействия. Приступая к первой разработке, мы знаем, что продукт в дальнейшем может сильно измениться. В этом случае возможно лучшим решением будет использование какой-то готовой платформы. Так мы учтем запас вычислительной мощности и интерфейсных возможностей для будущих модификаций устройства. 

Один из аспектов, которые сложно определить, это быстродействие, требуемое для работоспособности будущей системы. Количественно оценить этот критерий можно с помощью так называемой вычислительной мощности, которая измеряется в Dhrystone MIPS или DMIPS (Dhrystone - это синтетический тест производительности компьютеров, а MIPS - количество миллионов инструкций в секунду). Например, микроконтроллер Atmel SAM4 на базе ядра ARM Cortex-M4 обеспечивает 150 DMIPS, а микропроцессор на ядре ARM Cortex-A5, такой как Atmel SAM5AD3 может обеспечить до 850 DMIPS. Один из способов оценить требуемый DMIPS - это посмотреть какая производительность нужна для запуска части приложения. Запуск полноценной операционной системы (Linux, Android или Windows CE) для работы вашего приложения потребовал бы около 300 - 400 DMIPS. А если использовать для приложения RTOS, то достаточно всего 50 DMIPS. При использовании RTOS также требуется меньше памяти, поскольку ядро обычно занимает несколько килобайт. К сожалению полноценная операционная система требует для своего запуска блок управления памятью (MMU), что в свою очередь ограничивает тип процессорных ядер, которые могут быть использованы.

Для приложений, которые обрабатывают большие объемы чисел, требуется определенный запас DMIPS. Чем больше приложение ориентировано на числовую обработку, тем выше вероятность использования микропроцессора. 

Серьезного обсуждения требует использование пользовательского интерфейса, будь то бытовая или промышленная электроника. Потребителям уже привычно пользоваться интуитивно понятными графическими интерфейсами, да и в промышленности все чаще используется этот метод взаимодействия с оператором.

Существует несколько факторов относительно пользовательского интерфейса. Во-первых, это дополнительная вычислительная нагрузка. Для такой интерфейсной библиотеки как Qt, которая широко используется на Linux`e, дополнительно потребуется 80-100 DMIPS. Во-вторых - это сложность пользовательского интерфейса. Чем больше вы используете анимации, эффектов и мультимедийного содержимого, чем выше разрешение изображения, тем большая производительность и память вам потребуется. Поэтому вероятнее всего здесь подойдет микропроцессор. С другой стороны, простой пользовательский интерфейс со статическим изображением на дисплее низкого разрешения может быть реализован и на микроконтроллере. 

Другой аргумент в пользу микропроцессора - это наличие встроенного TFT LCD контроллера. Мало микроконтроллеров имеют в своем составе такой модуль. Можно поставить внешний TFT LCD контроллер и какие-то другие драйверы к микроконтроллеру, но нужно учитывать получаемую в итоге себестоимость изделия. 

На рынке сейчас появляются флэш микроконтроллеры с TFT LCD контроллерами, но все же должно быть достаточное количество встроенной оперативной памяти для управления дисплеем. Например, 16-цветный QVGA 320х240 требует 150 кБ оперативной памяти чтобы выдавать изображение и обновлять дисплей. Это довольно большой объем ОЗУ и может потребоваться внешняя память, что тоже скажется на себестоимости. 

Более сложные графические пользовательские интерфейсы, особенно использующие дисплеи размером больше 4,3 дюйма, требуют применения микропроцессоров. Если микропроцессоры доминируют в приложениях, где используется пользовательский интерфейс с цветным TFT экраном, то микроконтроллеры - короли сегментных или точечно-матричных LCD и других экранов с последовательным интерфейсом. 

С точки зрения коммуникаций, большинство микроконтроллеров и микропроцессоров имеют в своем составе наиболее популярные периферийные интерфейсы. Но высокоскоростные интерфейсы, такие как HS USB 2.0, 10/100 Мбит/с Ethernet порты или гигабитные Ethernet порты, обычно есть только у микропроцессоров, потому что они лучше приспособлены к обработке больших объемов данных. Ключевой вопрос здесь - это наличие подходящих каналов и полосы пропускания для обработки потока данных. Приложения, использующие высокоскоростные подключения и ориентированные на операционную систему, требуют применения микропроцессоров. 

Другой ключевой аспект, определяющий выбор между микроконтроллером и микропроцессором, это требование по детерминированному времени реакции приложения. Из-за процессорного ядра, встроенной флэш памяти и программного обеспечения в виде RTOS (операционной системы реального времени) или чистого Си кода, микроконтроллер будет определенно лидировать по этому критерию. 

Заключительная часть нашего обсуждения будет касаться энергопотребления. Хотя у микропроцессора есть режимы пониженного энергопотребления, у типичного микроконтроллера их намного больше. Кроме того, внешнее аппаратное обеспечение микропроцессора осложняет его перевод в эти режимы. Фактическое потребление микроконтроллера значительно ниже, чем микропроцессора. Например, в режиме энергосбережения с сохранением регистров и оперативной памяти, микроконтроллер может потреблять в 10-100 раз меньше.

Заключение

Выбор между микроконтроллером и микропроцессором зависит от многих факторов, таких как производительность, возможности и бюджет разработки.

Вообще говоря, микроконтроллеры обычно используются в экономически оптимизированных решениях, где важное значение имеет стоимость изделия и энергосбережение. Они, например, широко используются в приложениях с ультра низким энергопотреблением, где требуется длительное время работы от батарей. Например, в пультах дистанционного управления, потребительских электросчетчиках, охранных системах и т.п. Также они используются там, где необходима высоко детерминированное поведение системы.

Микропроцессоры, как правило, применяются для создания функциональных и высокопроизводительных приложений. Они идеально подходят для промышленных и потребительских приложений на основе операционных систем, где интенсивно используются вычисления или требуется высокоскоростной обмен данными или дорогой пользовательский интерфейс.

И последнее. Выбирайте поставщика, предлагающего совместимые микроконтроллеры или микропроцессоры, чтобы иметь возможность мигрировать вверх или вниз, увеличивая повторное использование программного обеспечения.

Atmel "Microprocessor (MPU) or Microcontroller (MCU)?". Вольный перевод ChipEnable.Ru

Comments   

# Дед Гиляй 2013-12-05 17:36
Осмелюсь отметить, что MIPS - это не "количество миллионов итераций в секунду", а количество миллионов инструкций в секунду, от "million instructions per second". Итераций-то они сделают гора-аздо меньше, чем инструкций... :-)
Reply | Reply with quote | Quote
# Pashgan 2013-12-05 18:02
Да, я знаю. Это опечатка. Исправил.
Reply | Reply with quote | Quote
# САБ 2013-12-09 08:04
Как-то вы их странно поделили. Внешняя память и несколько питаний - и сразу процессор. Вообще-то исходя из названия процессор (to process) - устройство обработки данных, контроллер (to control) - устройство управления. То есть делить их надо по наличию встроенной периферии. А то берем Intel 8051 - одно питание, память на борту - все, честный контроллер. А точно такой же 8031, у которого память программ внешняя - вроде как процессор, но питание одно, куда же его относить?
Reply | Reply with quote | Quote
# Pashgan 2013-12-09 09:49
Это перевод. Деление не мое и оно, естественно, поверхностное. У меня тоже на этот счет претензии) Внешняя память и несколько питаний - эта практически любая FPGA.
Reply | Reply with quote | Quote
# САБ 2013-12-09 09:59
Извиняюсь. Не заметил, что это перевод.
Reply | Reply with quote | Quote
# cjAndrews 2016-11-07 07:39
именно итерации- подъем бита, пересылка из регистра в регистр (подъем нескольких битов) и т.д.
Но MIPS (в отличие от RISK) -переводится подругому MULTI instuction. Как в АРМах- они и java-code понимают. Математический или графический сопроцессор за одну инструкцию , может сделать больше чем главный процессор за итерацию.
Reply | Reply with quote | Quote
# cjAndrews 2016-11-07 07:51
админы, резюмирую- статья ни обчем, применим правило свертки (Ландау, Лившиц, Теория поля)
свертываем по индексу "микро", остается процессор и контроллер. Без фотак- процессор у меня огромный, жрет энергию, гре-е-ет комнату, контроллер у меня маленький, понимает только 12 нажатий и посылает их процессору...
Reply | Reply with quote | Quote
# Clemmie 2018-06-12 17:16
Now that you've got a pc with a DVD burner, some clean DVDs, and Microsoft Home
windows 7 USB DVD Obtain Device, it's time to get started studying how
to burn Home windows 7.

Here is my site; windows 7 usb backup image: http://www.cuiwenchu.com/?document_srl=354856
Reply | Reply with quote | Quote
# Valerie 2018-06-12 19:03
All these 1TB external onerous drives are rated at the least 4/5 and bought so many optimistic reviews
from their will have a look at best qualities of each exterior HDD
including efficiency, design, storage measurement, weight and extra.


Stop by my blog post; usb backup: https://blackarrowz.de/index.php?mod=users&action=view&id=23284
Reply | Reply with quote | Quote
# Dian 2018-06-12 23:53
Package:1x 2600mAh Moveable Power Bank (Cellphone is
Not included ) Compact and moveable.

Here is my weblog - usb backup
reviews: http://www.xunker.com/blog/member.asp?action=view&memName=HollieSpruson6756799
Reply | Reply with quote | Quote
# Louella 2018-06-14 08:46
This was purchased as a power backup for me cellular phone
when on a motorbike journey and the telephone drains itself trying to find a community in no service areas.



My website; usb backup recovery software: http://www.crrt.org.au/UserProfile/tabid/43/UserID/168/Default.aspx
Reply | Reply with quote | Quote
# Gabriela 2018-06-15 01:24
Stuck it in my USB drive, initiated the backup restore and directed it to the USB flash
drive stick (drive\:) and it did so no problem - the USB is SanDisk”.


my web-site ... usb able backup software: http://rockndata.net/UserProfile/tabid/61/userId/14076198/Default.aspx
Reply | Reply with quote | Quote
# Hattie 2018-06-15 02:37
The Wii U, for some motive, is simply in a position to barely provide
the minimal spec for a standard USB 2.0 port: 500 milliAmps.


my web site - windows 10 usb backup image: http://learn.medicaidalaska.com/UserProfile/tabid/42/UserID/65063/Default.aspx
Reply | Reply with quote | Quote
# Warren 2018-06-15 03:40
With a price ticket of $forty in case you pre-order now
($60 after October 15) the Roadtrip remains to be dearer than most other automobile chargers, however that is
as a result of it's also hiding a 3,000 mAh battery inside for these occasions when your gadgets need a top-off, however you don't need to leave
the car working.

my web page usb backup recovery software: http://nemoadministrativerecord.com/UserProfile/tabid/57/userId/1721518/Default.aspx
Reply | Reply with quote | Quote
# Doyle 2018-06-15 14:47
First, you say a stick of at least 512 mb, but the restoration page says not less than 16 gb.
More importantly, I've followed these directions a lot of occasions on a new
(2 wks) Dell w/ win 10 put in-no improve, and have yet to get beyond Insert a usb drive”
(must be at the very least sixteen gb).

Also visit my web site :: backup usb drive on insertion: http://iltrad.com/index.php?mid=qna&document_srl=26168
Reply | Reply with quote | Quote
# Suzanne 2018-06-15 17:33
MacBook charger is 29 Watts, in order that's certainly possible for a 12V energy outlet
to do with a relatively compact transformer.


My page - usb backup for: http://events.meinsurancereview.com/User-Profile/userId/185235
Reply | Reply with quote | Quote
# Ashleigh 2018-06-15 18:23
I have to be fortunate as a result of I do not take into account myself laptop savvy and the only motive why I am on this
website is because I am looking to see it my backup restore is the way it
ought to look as what I now have on the USB drive is:
- boot, efi, sources, bootmgr, , reagent.



Here is my page ... usb flash drive backup: https://partners.medievaltimes.com/ActivityFeed/MyProfile/tabid/61/UserId/9/Default.aspx
Reply | Reply with quote | Quote
# Arleen 2018-06-15 21:11
This was bought as a power backup for me cellular phone when on a bike journey and the cellphone drains
itself trying to find a community in no service areas.


Here is my blog post - usb backup of windows 10: http://www.housinginindia.com/node/57618
Reply | Reply with quote | Quote
# Consuelo 2018-06-16 02:49
This USB powered external arduous drive is
easy to carry and has a beautiful, skinny design.

Here is my blog; usb flash drive backup: http://www.eato.cc/member.asp?action=view&memName=NLDTiffany676341
Reply | Reply with quote | Quote
# Jeffry 2018-06-16 02:54
Seagate Backup Plus Slim is rated 4.5/5 by greater than 5000 customers so it's best to positively check
it out earlier than buying an exterior arduous drive.



Feel free to surf to my site backup your usb: http://uludagotoservis.com/?option=com_k2&view=itemlist&task=user&id=84666|/component/k2/itemlist/user/84666|/index.php/component/k2/itemlist/user/84666|/component/users/?task=user&view=itemlist&id=84666
Reply | Reply with quote | Quote
# Finn 2018-06-16 05:34
If you are behind on your own assumable mortgage: https://mciancio.com/lowcreditscoreloansnoworriesforyourawfullybadcreditrating/bad-credit-loans-unconventional-wisdom/ the worst thing for you to do is ignore any notices you receive within the mail.
Once you qualify for the business loan from the bank you happen to be looking for, the commercial bank or financial institution in most cases need you to use a credit card account since they will not release the
money hand in hand for security reason. And then, like to
put the icing about the cake, he laughed and said the machine
may be bro - Aken for about 4 years since he's been working there.
Reply | Reply with quote | Quote
# Victoria 2018-06-16 09:59
You can use WD Backup software program to easily again up your important information,
photos, videos and music.

Also visit my website: usb backup
windows: http://www.jidafang.com/member.asp?action=view&memName=ClaudiaOfa576279212
Reply | Reply with quote | Quote
# Mariel 2018-06-16 11:51
Hi, the whole thing is going fine here and ofcourse every one is sharing
facts, that's in fact fine, keep up writing.

Have a look at my website ... crack patch softwares: http://www.bengals.net/members/vestholcomb8/activity/479408/
Reply | Reply with quote | Quote
# Wilfred 2018-06-19 02:03
The 1TB Seagate Backup Plus Slim appears to be engineered very intently to
USB 2.zero specs (although it is a USB three.zero drive.) I say this because
when I plugged in the drive to the Wii U, the drive spins
up, prepares itself, after which on the Wii U's display screen pops up a dialog asking if I want to format this new
USB gadget to be used with the system.

my web blog :: usb hdd
backup: http://moneymattersbvi.org/UserProfile/tabid/57/UserID/1396380/Default.aspx
Reply | Reply with quote | Quote
# Mindy 2018-06-19 05:13
Kicking issues off is the brand new offGRID Bluetooth
Sensible Backup Battery Case for the iPhone 6 and 6s.
The case runs for $80 and sports a three,000mAh battery inside, together with the flexibility wirelessly management battery energy and monitor
usage with the Incipio offGrid Smart Battery App.

Feel free to surf to my site; usb backup tool: http://moneymattersbvi.org/UserProfile/tabid/57/UserID/1396380/Default.aspx
Reply | Reply with quote | Quote
# Rob 2018-06-19 15:54
It creates a recovery level/ subsequent screen says insert usb drive (should be
sixteen gb/ I exploit 32).

My web page backup usb key image: http://www.eato.cc/member.asp?action=view&memName=NUTJesse7033267
Reply | Reply with quote | Quote
# Susan 2018-06-19 18:43
This device combines a USB level battery backup with an LED flashlight, making it the perfect accessory for pocket
or purse.

Here is my blog post :: usb backup drive: http://www.bayviewgourmet.com/UserProfile/tabid/43/UserID/545567/Default.aspx
Reply | Reply with quote | Quote
# Esperanza 2018-06-19 19:45
On the underside you'll find a conventional USB Type-A port for connecting your other charging cables and
devices too.

My site: backup usb hard drive: https://bluehawk.bluevolt.com/node/7570
Reply | Reply with quote | Quote
# Newton 2018-06-19 21:40
Seagate Backup Plus Slim 1TB exterior HDD comes with an extra
200GB of Cloud Storage.

Feel free to surf to my blog post; usb external backup drive: http://www.svavic.com.au/UserProfile/tabid/43/UserID/1528879/Default.aspx
Reply | Reply with quote | Quote
# Casimira 2018-06-20 10:03
Perfect you might have a charger for each cell and hook all of them up in collection, but in actuality I've confidence that the cells
will cope simply advantageous.

Visit my web blog ... backup usb to: https://www.ipledg.com/lenovo-computer-factory-pre-installed-dos-for-windows-8-hidden-partition-a-key-to-restore-8-0-software-to-set-the-initial-backup/
Reply | Reply with quote | Quote
# Krista 2018-06-20 11:09
Connect your USB and launch the standalone program to see detailed information about your USB drive.


my web blog ... usb to backup computer: https://www.stjohns-gildehaus.org/UserProfile/tabid/43/UserID/380751/Default.aspx
Reply | Reply with quote | Quote
# Marsha 2018-06-20 15:00
I then proceeded to play the Wii U for six hours and not a single second
during this time did the Seagate drive disconnect out
of the blue.

Also visit my web page able
usb backup hard drive: http://learn.medicaidalaska.com/UserProfile/tabid/42/UserID/65063/Default.aspx
Reply | Reply with quote | Quote
# Raphael 2018-06-21 05:11
At the similar time, the way Nintendo carried out
the USB 2.zero bus was so strict such that they didn't
allow for the occasional system which could briefly draw greater than 500mA
from the USB port.

My homepage; usb backup wizard: http://masonsprestige.com.au/UserProfile/tabid/42/UserID/2116131/Default.aspx
Reply | Reply with quote | Quote
# Natasha 2018-06-21 06:43
This backup comprises the complete set up of the operating system, settings, desktop programs, Home
windows apps, and all your private information.

My web page usb backup software free: http://www.gestoflores.com/?option=com_k2&view=itemlist&task=user&id=2949690|/component/k2/itemlist/user/2949690|/index.php/component/k2/itemlist/user/2949690|/component/users/?task=user&view=itemlist&id=2949690
Reply | Reply with quote | Quote
# Ronald 2018-06-21 08:25
Connect your USB and launch the standalone program to see detailed details
about your USB drive.

my web site :: usb backup
incremental: https://www.twittersmedia.com/blog/43181/take-a-look-at-really-three-military-defense-notebook-getac-v100-detailed-e/
Reply | Reply with quote | Quote
# Eugenio 2018-06-21 22:13
I use the System Image Backup to make a base backup of
my PC, which incorporates the set up of Windows, all the most recent
updates, particular configurations, and packages.

my web page usb backup incremental: http://events.meinsurancereview.com/User-Profile/userId/185235
Reply | Reply with quote | Quote
# Ross 2018-06-22 13:54
Boot with Acronis ISO/USB drive, Take a full
backup of as many drives as you want, Retailer on USB drive, name it a day (takes about 25min to do 100gb and compresses it).


Here is my homepage; usb backup free: http://www.mycompetibility.com/win7-64-bit-ultimate-system-how-turn-setting-backup-picture
Reply | Reply with quote | Quote
# Elane 2018-06-22 15:57
If you happen to determined to copy to a flash drive,
join it to an available USB port in your laptop.

Feel free to visit my website: usb flash drive backup: http://www.222pass.com/zbxe/?document_srl=57876385&USER=Pieroweb&mid=m2u
Reply | Reply with quote | Quote
# Johnie 2018-06-22 18:52
If you happen to be behind on your own mortgage the worst thing for you to do is ignore any
notices you receive within the mail. Utilizing an anti-virus and firewall software will alert you of the attempts of hackers to gain access to
your personal files. Although we now have cut out all unnecessary expenses, we still discover that do not have a very sufficient figure
to make our loan current.

My website: financial institution: https://wpsuo.com/badcreditloanstimingiscrucial/creditors-making-more-debt-settlement-due-to-legal-credit-card-debt-relief/
Reply | Reply with quote | Quote
# Cindi 2018-06-23 14:54
All these 1TB external exhausting drives are rated at the least
4/5 and received so many optimistic reviews from their will
take a look at greatest qualities of every exterior HDD together with efficiency,
design, storage measurement, weight and more.

My webpage; usb hdd backup software: http://www.tank.tw/member.asp?action=view&memName=TeenaMonzon7712
Reply | Reply with quote | Quote

Add comment