الاختيار بين متحكم ومعالج دقيق

يعتبر دماغ الجهاز المضمن ، وهو وحدة المعالجة ، محددًا رئيسيًا لنجاح أو فشل الجهاز في إنجاز المهمة (المهام) التي صُمم من أجلها. وحدة المعالجة هي المسؤولة عن كل عملية تتضمن من الإدخال إلى النظام ، إلى الإخراج النهائي ، وبالتالي فإن اختيار النظام الأساسي المناسب للدماغ يصبح مهمًا للغاية أثناء تصميم الجهاز حيث يعتمد كل شيء آخر على دقة هذا القرار.

متحكم ومعالج دقيق

يمكن تقسيم مكونات المعالجة المستخدمة للأجهزة المدمجة إلى فئتين رئيسيتين ؛ المتحكمات الدقيقة والمعالجات الدقيقة.

المتحكمات الدقيقة هي أجهزة حوسبة صغيرة على شريحة واحدة تحتوي على واحد أو أكثر من نواة المعالجة ، مع أجهزة ذاكرة مدمجة إلى جانب منافذ الإدخال والإخراج (I / O) القابلة للبرمجة للأغراض الخاصة والعامة. يتم استخدامها بشكل خاص في التطبيقات التي يلزم فيها تنفيذ مهام متكررة محددة فقط. لقد ناقشنا بالفعل حول اختيار وحدة التحكم الدقيقة المناسبة لمشاريعك المضمنة.

من ناحية أخرى ، فإن المعالجات الدقيقة هي أجهزة حوسبة للأغراض العامة تتضمن جميع وظائف وحدة المعالجة المركزية على شريحة ولكنها لا تشمل الأجهزة الطرفية مثل الذاكرة ومنافذ الإدخال والإخراج مثل وحدة التحكم الدقيقة.

على الرغم من أن الشركات المصنعة تقوم الآن بتغيير الكثير من الأشياء التي تعمل على طمس الخط الفاصل بين وحدات التحكم الدقيقة والمعالجات الدقيقة مثل استخدام الذاكرة على الرقائق للمعالجات الدقيقة وقدرة وحدات التحكم الدقيقة على الاتصال بذاكرة خارجية ، إلا أن الاختلافات الرئيسية لا تزال موجودة بين هذه المكونات وسيقوم المصمم بذلك. بحاجة إلى اختيار الأفضل بينهما لمشروع معين.

تعرف على المزيد حول الفرق بين وحدة التحكم الدقيقة والمعالج الدقيق.

عوامل يجب مراعاتها عند اختيار MPU أو MCU

قبل اتخاذ أي قرار بشأن الاتجاه الذي يجب اتباعه فيما يتعلق بجهاز المعالجة لاستخدامه في تصميم منتج مضمن ، من المهم تطوير مواصفات التصميم. يوفر تطوير مواصفات التصميم وسيلة للتصميم المسبق للجهاز مما يساعد على تحديد التفاصيل والمشكلة التي يجب حلها وكيفية حلها وإبراز المكونات التي سيتم استخدامها وغير ذلك الكثير يساعد هذا المصمم على اتخاذ قرارات عامة مستنيرة حول المشروع ويساعد في تحديد الاتجاه الذي يجب أن ينتقل إليه لوحدة المعالجة.

فيما يلي وصف لبعض العوامل في مواصفات التصميم التي يجب مراعاتها قبل الاختيار بين وحدة التحكم الدقيقة والمعالج الدقيق.

1. قوة المعالجة

تعد قوة المعالجة أحد الأشياء الرئيسية (إن لم تكن الرئيسية) التي يجب مراعاتها عند الاختيار بين متحكم دقيق ومعالج دقيق. إنه أحد العوامل الرئيسية التي تستخدم في إمالة المعالجات الدقيقة. يتم قياسه في DMIPS (Dhrystone Million of In Seconds) ويمثل عدد التعليمات التي يمكن للميكروكونترولر أو المعالج الدقيق معالجتها في الثانية. إنه في الأساس مؤشر على مدى السرعة التي يمكن للجهاز أن يكمل بها مهمة معينة إليه.

في حين أن تحديد القوة الحسابية الدقيقة التي يتطلبها التصميم الخاص بك يمكن أن يكون مهمة صعبة للغاية ، يمكن إجراء تخمين متعلم ، من خلال فحص المهمة (المهام) ، يتم إنشاء الجهاز لأداء والمتطلبات الحسابية لهذه المهام قد تكون. على سبيل المثال ، قد يتطلب تطوير جهاز يتطلب استخدام نظام تشغيل كامل إما نظام Linux أو windows CE أو أي نظام تشغيل آخر قوة معالجة تصل إلى 500 DMIPS ، وكأنه معالج؟ نعم. للإضافة إليها ، سيتطلب تشغيل نظام التشغيل على الجهاز وحدة إدارة الذاكرة (MMU) والتي ستزيد من قوة المعالجة المطلوبة. تتطلب تطبيقات الأجهزة التي تتطلب الكثير من العمليات الحسابية أيضًا DMIPS عالية جدًاالقيم وكلما زاد عدد الحسابات الرياضية / الرقمية التي يقوم الجهاز بأدائها ، كلما زادت متطلبات التصميم نحو استخدام المعالجات الدقيقة بسبب قوة المعالجة المطلوبة.

أحد الآثار الرئيسية الأخرى لقوة المعالجة التي تؤثر على الاختيار بين المعالجات الدقيقة والميكروكونترولر هو تعقيد أو بساطة أشياء مثل واجهات المستخدم. من المرغوب فيه هذه الأيام أن يكون لديك واجهات رسومية ملونة وتفاعلية حتى لأبسط التطبيقات. تتطلب معظم المكتبات المستخدمة في إنشاء واجهات مستخدم مثل QT قوة معالجة تصل إلى 80-100 DMIPS وكلما زاد عدد الرسوم المتحركة والصور ومحتويات الوسائط المتعددة الأخرى المراد عرضها ، زادت قوة المعالجة المطلوبة. ومع ذلك ، تتطلب واجهات المستخدم الأبسط على الشاشات منخفضة الدقة طاقة معالجة قليلة ويمكن تشغيلها باستخدام وحدات تحكم دقيقة مثل عدد كبير منها هذه الأيام ، وتأتي مع واجهات مدمجة للتفاعل مع شاشات العرض المختلفة

إلى جانب بعض الوظائف الأساسية المذكورة أعلاه ، من المهم الاحتفاظ ببعض طاقة المعالجة للاتصالات والأجهزة الطرفية الأخرى. على الرغم من أن معظم الأمثلة المذكورة أعلاه تميل إلى دعم استخدام المعالجات الدقيقة ، إلا أنها عمومًا أكثر تكلفة مقارنة بالميكروكونترولر وستكون مبالغة عند استخدامها في حلول معينة ، على سبيل المثال استخدام معالج دقيق 500 DMIPS لأتمتة المصباح الكهربائي سيجعل التكلفة الإجمالية من المنتج أعلى من المعتاد ويمكن أن يؤدي في النهاية إلى فشلها في السوق.

2. واجهات

تعد الواجهة التي سيتم استخدامها لتوصيل عناصر مختلفة للمنتج أحد العوامل التي يجب مراعاتها قبل الاختيار بين متحكم دقيق ومعالج دقيق. من المهم التأكد من أن وحدة المعالجة التي سيتم استخدامها بها الواجهات التي تتطلبها المكونات الأخرى.

من نقطة وقوف الاتصال والاتصالات على سبيل المثال ، تمتلك معظم وحدات التحكم الدقيقة والمعالجات الدقيقة الواجهات المطلوبة للاتصال بأجهزة الاتصال ، ولكن عندما تكون الأجهزة الطرفية للاتصالات عالية السرعة مثل واجهة USB 3.0 فائقة السرعة ، يلزم وجود منافذ إيثرنت متعددة 10/100 أو منفذ جيجابت إيثرنت ، فإن الأشياء إمالة في اتجاه المعالجات الدقيقة حيث أن الواجهة المطلوبة لدعم هذه لا توجد بشكل عام إلا عليها لأنها أكثر قدرة على معالجة ومعالجة كميات كبيرة من البيانات والسرعة التي يتم بها نقل هذه البيانات.

يجب تأكيد تأثير البروتوكولات المستخدمة لهذه الواجهات على مقدار الذاكرة المطلوبة للبرنامج الثابت لأنها تميل إلى زيادة متطلبات الذاكرة. إنها قاعدة عامة تتمثل في اعتماد تصميم قائم على المعالجات الدقيقة للتطبيقات التي تتطلب اتصالاً عالي السرعة مع تبادل كمية كبيرة من البيانات خاصةً عندما يتضمن النظام استخدام نظام تشغيل.

3. الذاكرة

يعالج هذان الجهازان لمعالجة البيانات الذاكرة وتخزين البيانات بشكل مختلف. على سبيل المثال ، تأتي المتحكمات الدقيقة مع أجهزة ذاكرة مضمنة وثابتة بينما تأتي المعالجات الدقيقة بواجهات يمكن توصيل أجهزة الذاكرة بها. اثنين من الآثار الرئيسية لهذا ؛

كلفة

يصبح الميكروكونترولر حلاً أرخص ، لأنه لا يتطلب استخدام جهاز ذاكرة إضافي بينما يصبح المعالج الدقيق حلاً مكلفًا يتم اعتماده بسبب هذه المتطلبات الإضافية.

ذاكرة محدودة

تجعل الذاكرة الثابتة الموجودة على وحدة التحكم الدقيقة كمية البيانات التي يمكن تخزينها عليها محدودة. هذا الموقف لا ينطبق على المعالجات لأنها عادة ما تكون متصلة بأجهزة ذاكرة خارجية. خير مثال على متى يمكن أن يكون هذا القيد مشكلة عند تطوير البرامج الثابتة للجهاز. قد تتطلب إضافة كيلوبايت إضافية إلى حجم الشفرة تغييرًا في وحدة التحكم الدقيقة التي سيتم استخدامها ولكن إذا كان التصميم يعتمد على معالج ، فسنحتاج فقط إلى تغيير جهاز الذاكرة. وبالتالي توفر المعالجات الدقيقة مرونة أكبر في الذاكرة.

هناك عدة عوامل أخرى تستند إلى الذاكرة التي يجب أخذها في الاعتبار ، أحدها هو وقت بدء التشغيل (التمهيد). تقوم المعالجات الدقيقة على سبيل المثال بتخزين البرامج الثابتة على ذاكرة خارجية (عادة ما تكون ذاكرة NAND خارجية أو ذاكرة Serial Flash) وعند التمهيد ، يتم تحميل البرنامج الثابت في DRAM للمعالج. بينما يحدث هذا في غضون بضع ثوانٍ ، فقد لا يكون مثاليًا لبعض التطبيقات. و متحكم من جهة أخرى يستغرق وقتا أقل.

لاعتبارات السرعة العامة ، عادةً ما تفوز MCU نظرًا لقدرتها على معالجة التطبيقات الأكثر أهمية من حيث الوقت بسبب نواة المعالج المستخدمة فيها ، وحقيقة أن الذاكرة مضمنة والبرامج الثابتة المستخدمة معها دائمًا إما RTOS أو المعدن ج.

4. القوة

النقطة الأخيرة التي يجب مراعاتها هي استهلاك الطاقة. في حين أن المعالجات الدقيقة لها أوضاع طاقة منخفضة ، فإن هذه الأوضاع ليست كثيرة مثل تلك المتوفرة في وحدة MCU النموذجية ومع المكونات الخارجية التي يتطلبها التصميم المعتمد على المعالجات الدقيقة ، إلا أنها أكثر تعقيدًا قليلاً لتحقيق أوضاع طاقة منخفضة. بصرف النظر عن أوضاع الطاقة المنخفضة ، فإن المقدار الفعلي للطاقة التي تستهلكها وحدة MCU أقل كثيرًا مما يستهلكه المعالج الدقيق ، لأنه كلما زادت قدرة المعالجة ، زادت كمية الطاقة المطلوبة للحفاظ على تشغيل المعالج.

لذلك تميل المتحكمات الدقيقة إلى إيجاد التطبيقات التي تتطلب وحدات معالجة منخفضة الطاقة للغاية مثل أجهزة التحكم عن بعد والإلكترونيات الاستهلاكية والعديد من الأجهزة الذكية حيث ينصب التركيز في التصميم على طول عمر البطارية. يتم استخدامها أيضًا عند الحاجة إلى سلوك حتمي للغاية.

من ناحية أخرى ، تعتبر المعالجات الدقيقة مثالية للتطبيقات الصناعية والاستهلاكية التي تتطلب نظام تشغيل ، وهي عملية حسابية مكثفة وتتطلب اتصالاً عالي السرعة أو واجهة مستخدم بها الكثير من معلومات الوسائط.

استنتاج

توجد العديد من العوامل الأخرى وتعمل كمحددات للاختيار بين هاتين المنصتين وكلها تندرج تحت الأداء والقدرة والميزانية ولكن الاختيار العام يصبح أسهل عندما يكون التصميم المسبق للأنظمة المناسبة في مكانه والمتطلبات محددة بوضوح. ميكروكنترولر وتستخدم في الغالب في مجال حلول بميزانية BOM ضيقة جدا ومع متطلبات الطاقة صرامة بينما المعالجات المستخدمة في التطبيقات مع متطلبات الحوسبة والأداء ضخمة.