Örgjörvi vs örgjörvi: Helstu munur á hönnun og arkitektúr

Að velja á milli örgjörva (MPU) og örgjörva (MCU) er grunnval á kerfinu. Báðir hafa örgjörva, en þeir eru hannaðir fyrir mismunandi verkefni. MPU einblína á mikla afköst og þurfa oft aukið minni og stuðningsflísar. MCU sameina örgjörva, minni og sameiginlegt I/O í eina örgjörva fyrir stjórnunarverkefni og lágt afl. Þessi grein brýtur skýrt niður smáatriðin.

1. Hvað eru örgjörvar og örgjörvar

2. Örgjörvi vs örgjörvi: Innri arkitektúr

3. Frammistaða og hegðun: Örgjörvi vs örgjörvi

4. Flækjustig í orku- og kerfishönnun

5. Hugbúnaðarlíkön í örgjörvum og örgjörvum

6. Aukahlutir, tengingar og I/O munur

7. Öryggi, öryggi og áreiðanleiki í MCU og MPU kerfum

8. Stutt samanburðartafla: MPU vs MCU

9. Niðurstaða

10. Algengar spurningar [FAQ

Figure 1. Microprocessors and Microcontrollers

Hvað eru örgjörvar og örgjörvar?

Örgjörvi er örgjörva-eingöngu örgjörvaflaga sem vinnur úr gögnum og framkvæmir skipanir en er háð ytra minni og inntaks-/úttakstækjum til að starfa. Það er algengt í flóknum kerfum sem krefjast mikillar útreikningsgetu, mikils minni og stýrikerfa eins og Linux.

Örgjörvastýring, aftur á móti, samþættir örgjörva, minni, inntaks-/úttaksport, tímamæla og oft analóga eiginleika í eina flís. Þessi sjálfstæða hönnun gerir hana kjörna fyrir sérhæfðar stjórnunarverkefni, rauntíma rekstur og lága orkunotkun.

Í stuttu máli eru örgjörvar hannaðir fyrir afköst og sveigjanlega kerfisstækkun, á meðan örgjörvar eru hannaðir fyrir þétt og skilvirk innbyggð stjórnunarforrit.

Örgjörvi vs örgjörvi: Innri arkitektúr

Figure 2. Microprocessor vs Microcontroller Internal Architecture

Örstýringararkitektúr

Örgjörvi hefur helstu hlutina sem hann þarf innbyggða í eina flís, svo sem:

• Örgjörvakjarni

• Innbyggt flash-minni fyrir forrit

• Innbyggt SRAM fyrir gögn

• GPIO pinnar, tímamælar, ADC, UART, SPI og I²C

• Truflunarstýring

Örgjörvaarkitektúr

Örgjörvi leggur meiri áherslu á öfluga vinnslu og vinnur náið með ytri hlutum. Hún felur í sér:

• Örgjörvakjarni, stundum með fleiri en einum kjarna

• Nokkur stig skyndiminni

• Ytri minnisstýring

Kerfisþættir fyrir örgjörvakerfi

Kerfi sem byggir á örgjörva þarf auka örgjörva, svo sem:

• Ytri DRAM fyrir aðalminni

• Ytri órokgjörn geymsla

• Orkustjórnunar-IC

• Viðbótar stuðningsrásir

Minnisarkitektúr og ræsihegðun

Hvernig minni er raðað hefur áhrif á hvernig kerfið byrjar og keyrir. Flestir örgjörvar lesa og keyra kóða beint úr innra Flash. Þetta gerir kleift að ræsa forritið fljótt og hafa beinni leið frá endurstillingu yfir í keyrslu forritsins.

Örgjörvar byrja á því að hlaða kóða úr ytri geymslu í gegnum einn eða fleiri ræsiforrit. Eftir það keyra þeir forrit frá ytri DRAM. Þetta veitir mun meira minni og fullkomnari hugbúnað, en bætir einnig við fleiri skrefum við ræsingu.

Fyrirmæli og gagnaarkitektúr líkön

Margir örgjörvar fylgja Harvard-stíl hönnun, þar sem skipana- og gagnaleiðir eru aðskildar. Margir örgjörvar nota sameinað minnislíkan þar sem skipanir og gögn deila sama minni.

Frammistaða og hegðun: Örgjörvi vs örgjörvi

Figure 3. Performance and Behaviour Microprocessor vs Microcontroller

Örgjörvar (MCU) henta vel fyrir verkefni eins og:

• Hreyfistýring

• Skynjarasýnataka

• Lokað lykkjustýringarkerfi

• Meðhöndlun truflana með lága töf

• Samfelld innbyggð rökfræði

Örgjörvar (MPU) henta betur verkefnum eins og:

• Flókið forrit

• Margmiðlunarvinnsla

• Meðhöndlun stórra gagna

• Myndræn notendaviðmót

• Netkerfi

Flækjustig rafmagns- og kerfishönnunar

Figure 4. Power and System Design Complexity

Örgjörvakerfi

Örgjörvakerfi eru einfaldari og nota minni orku. Þær keyra oft frá einni eða nokkrum spennubrautum og styðja djúpa svefnstillingu með mjög lágum biðstraumi. Rafmagnsraðgreining er einföld, sem hjálpar til við að halda orkuhönnuninni auðveldari í stjórnun.

Örgjörvakerfi

Örgjörvakerfi eru flóknari og hafa meiri afl. Þeir nota oft mörg spennusvæði fyrir kjarna, minni og I/O, og þurfa að veita afl til ytri DRAM. Orkustýringar-IC hjálpar til við að samræma þessar brautir og borðið þarf að styðja stýrða viðnámsleiðsögn fyrir háhraða minnismerki.

Kostnaðarsjónarmið kerfisins

Heildarkostnaður kerfisins er meiri en kostnaður örgjörvans. Örgjörvar geta lækkað kostnað með því að fækka ytri minnihlutum, fjölda PCB-laga, límrökfræði og aflrásum. Örgjörvar þurfa oft ytri DRAM, ytri Flash, PMIC og flóknari PCB-uppsetningu, sem getur aukið kostnað kerfisins.

Hugbúnaðarlíkön í örgjörvum og örgjörvum

Þáttur	MCU hugbúnaðarlíkan	MPU hugbúnaðarlíkan
Aðal hugbúnaðartegund	MCU keyra bare-metal fastbúnað eða raunverulegt stýrikerfi (RTOS).	MPU keyra fullkomin stýrikerfi eins og Linux, Android eða svipuð kerfi.
Ræsihegðun	Þessi uppsetning gefur hraða ræsingu og stutta leið frá endurræsingu til keyrslu aðalkóðans.	Ræsing tekur lengri tíma vegna þess að kerfið þarf að hlaða stýrikerfinu áður en það er forritað.
Aðgangur að vélbúnaði	Fastbúnaður getur stjórnað vélbúnaði beint með einföldum, fyrirsjáanlegum leiðum.	Stýrikerfið stýrir vélbúnaði og forrit nálgast hann í gegnum stýrikerfisþjónustur.
Auðlindanotkun	Hugbúnaður er skrifaður til að passa við þröng mörk á minni og vinnslugetu.	Meira minni og örgjörvapláss styður stærri forrit og flóknari eiginleika.
Innbyggðir eiginleikar	Þetta líkan styður hraða ræsingu, beina vélbúnaðarstýringu og vandaða nýtingu auðlinda.	Þetta líkan gerir kleift að nota skráarkerfi, netramma, forritalög og rík viðmót.

Aukahlutir, tengingar og I/O munur

Figure 5. Peripherals, Connectivity, and IO Differences

MCU I/O og tengingar

• Oft innihalda blandaða merkjablokkir eins og ADC, DAC, samanburðartæki, PWM einingar og grunn rekstrarmagnara.

• Bjóða upp á staðlaða lághraða stafræna viðmót eins og I²C, SPI, UART, CAN og LIN.

• Innihalda grunn USB stuðning og raunverulega I/O pinna fyrir beina pinnastýringu.

6,2 MPU I/O og tenging

• Áhersla er á háhraðaviðmót, þar á meðal ytri DRAM rásir og hraðvirkt USB.

• Styður háþróaðar kerfistengingar eins og PCIe, Gigabit Ethernet og háhraða skjá- eða myndavélaviðmót eins og MIPI.

• Treysta á ytri örgjörva fyrir flestar hliðrænar aðgerðir og margar sérhæfðar I/O eiginleika.

Öryggi, öryggi og áreiðanleiki í MCU og MPU kerfum

Örstýringar innihalda oft innbyggðar öryggiseiningar eins og örugga ræsingu, vernd gegn kóðalestri, dulkóðunarhraðla og trausta geymslu. Þessir eiginleikar hjálpa til við að koma í veg fyrir hugbúnaðartruflanir og vernda viðkvæmar upplýsingar sem geymdar eru á tækinu.

Örgjörvar bjóða upp á fullkomnari vernd, þar á meðal öruggar ræsikeðjur, traust keyrsluumhverfi, öfluga minnisvernd og, í sumum tilfellum, sýndarvæðingu. Þessar aðgerðir styðja örugga meðhöndlun stýrikerfa og forritagagna.

Öryggis- og áreiðanleikaeiginleikar, svo sem vakthundatímar, villuleiðréttandi minni og öryggisvottaðar tækjafjölskyldur, eru einnig nauðsynlegar. Í mörgum verkefnum getur öryggi, öryggi og langtímaáreiðanleiki verið jafn mikilvæg og afköst, afl eða minni þegar valið er á milli MCU og MPU.

Fljótleg samanburðartafla: MPU vs MCU

Kerfisþörf	Mælt er með arkitektúr	Af hverju þetta passar
Langur rafhlöðuendingur	MCU	Fínstillt fyrir lágorkuham og svefnvirkni
Ákveðin tímasetning	MCU	Auðveldara að viðhalda nákvæmri, rauntímastýringu
Einfaldur innbyggður stýringarbúnaður	MCU	Samþættir örgjörva, minni og aukabúnað í einni örgjörva
Stórt minni (hundruð MB eða meira)	MPU	Styður ytra vinnsluminni og stór minnisrými
Ríkt notendaviðmót eða margmiðlun	MPU	Betur til þess fallin fyrir grafíkvinnslu og fjölmiðlaverkefni
Stækkandi tölvuvettvangur	MPU	Auðveldara að stækka með háþróuðu stýrikerfi og auknum eiginleikum
Linux stuðningur nauðsynlegur	MPU	Hannað til að keyra full stýrikerfi
Ströng rauntímastýring	MCU	Meiri fyrirsjáanlegur truflunar- og keyrslutími
Rafhlöðuknúin með löngum svefntímum	MCU	Lægri bið- og virk orkunotkun
Þung netkerfi og lagskiptar hugbúnaðarstaflar	MPU	Hærri úrvinnslugeta og minni auðlindir
Lítil prentplata og einföld vélbúnaðarhönnun	MCU	Minnkar ytri íhluti og flækjustig leiðar
Væntanleg viðbót í framtíðinni	MPU	Styður flókna hugbúnaðarþróun og vélbúnaðaruppfærslur

Niðurstaða

Örgjörvar og örgjörvar henta mismunandi þörfum. MCU eru best þegar tímasetning þarf að vera fyrirsjáanleg, orkunotkun lítil og vélbúnaðurinn þarf að vera þéttur og einfaldur. MPU virkar betur fyrir stærra minni, mikla vinnslu, heil stýrikerfi, margmiðlun og flókin netkerfi. Munurinn felst í því hvernig þeir ræsa, hvernig þeir nota minni, hvaða aukabúnað þeir styðja, hversu mikla orku þeir draga, hversu flókið borðið verður og hvaða öryggiseiginleikar eru í boði. Þessir punktar aðgreina MCU-stíl stjórnun frá MPU-stíl tölvum.