Care sunt diferențele și asemănările dintre FPGA, ASIC și microcontrolerele generale?

ASIC vs FPGA

O matrice de poartă programabilă pe câmp poate fi văzută ca etapa de prototipare a circuitelor integrate specifice aplicației: ASIC-urile sunt foarte scumpe de fabricat și, odată ce sunt făcute acolo nu se întoarce înapoi (deoarece cel mai scump cost fix este măștile [un fel de „șablon” de fabricație și dezvoltarea acestora). FPGA-urile sunt reprogramabile de multe ori, totuși datorită faptului că o gamă generică de porți este conectată pentru a vă atinge obiectivul , nu este optimizat ca ASIC-urile. De asemenea, FPGA-urile sunt dispozitive dinamice nativ prin faptul că, dacă îl opriți, pierdeți nu numai starea curentă, ci și configurația dvs. Deși există acum plăci care adaugă un cip FLASH și / sau un microcontroler la încărcați configurația la pornire, astfel încât acesta tinde să fie un argument mai puțin important. Atât ASIC-urile, cât și FPGA-urile pot fi configurate cu Limbaje de descriere hardware, iar uneori FPGA-urile sunt utilizat pentru produsul final. Dar, în general, ASIC-urile încep atunci când designul este fix.

FPGA vs microcontroler

În ceea ce privește diferența dintre un microcontroler și un FPGA, puteți considera un microcontroler ca fiind un ASIC care procesează codul în FLASH / ROM secvențial. Puteți face microcontrolere cu FPGA, chiar dacă nu este optimizat, dar nu opus. FPGA-urile sunt conectate la fel ca circuitele electronice, astfel încât să puteți avea circuite cu adevărat paralele, nu ca într-un microcontroler în care procesorul sare de la o bucată de cod la alta pentru a simula un paralelism suficient de bun. Totuși, deoarece FPGA-urile au fost proiectate pentru sarcini paralele, nu este la fel de ușor să scrieți cod secvențial ca într-un microcontroler.

De exemplu, de obicei, dacă scrieți în pseudocod „să fie C XOR B”, pe un FPGA care va fi tradus în „construiți o poartă XOR cu cărămizile lego conținute (tabele de căutare și zăvoare), și conectați A / B ca intrări și C ca ieșire „, care va fi actualizat la fiecare ciclu de ceas, indiferent dacă C este utilizat sau nu. Întrucât pe un microcontroler care va fi tradus în „instrucțiune de citire – este” un XOR de variabile la adresa A și adresa B de RAM, rezultatul se stochează la adresa C. Încărcați registrele unităților logice aritmetice, apoi solicitați ALU să facă un XOR, apoi copiați registrul de ieșire la adresa C a RAM „. Pe partea utilizatorului, ambele instrucțiuni erau însă o linie de cod.Dacă ar fi să facem acest lucru, THEN altceva, în HDL ar trebui să definim ceea ce se numește Proces pentru a face secvențe artificial – separate de codul paralel. În timp ce într-un microcontroler nu este nimic de făcut. Pe de altă parte, pentru a obține „paralelismul” (acordarea și ieșirea cu adevărat) dintr-un microcontroler, ar trebui să jonglați cu fire care nu sunt banale. Moduri diferite de lucru, scopuri diferite.

În rezumat:

ASIC vs FPGA: fix, mai scump pentru un număr mic de produse (mai ieftin pentru volumele mari), dar mai optimizat.

ASIC vs microcontroler: cu siguranță ar fi compararea unui instrument cu un ciocan.

FPGA vs microcontroler: nu este optimizat pentru procesarea secvențială a codului, dar poate face sarcini cu adevărat paralele foarte ușor. În general FPGA-urile sunt programate în HDL, microcontrolerele în C / Assembly

Ori de câte ori viteza sarcinilor paralele este o problemă, luați un FPGA, evoluați-vă designul și, în cele din urmă, faceți-l ASIC dacă „Vă este mai ieftin pe termen lung (producție în masă). Dacă sarcinile secvențiale sunt în regulă, luați un microcontroler. Cred că ați putea face un CI și mai specific pentru aplicație din acest lucru dacă vă este și mai ieftin pe termen lung . Cea mai bună soluție va fi probabil un pic din ambele.

Ce căutare rapidă după ce am scris acest lucru mi-a dat:

FPGA vs Microcontrolere, chiar pe acest forum

FPGA-urile pot fi „re-cablate” prin reprogramare. Un FPGA încarcă configurația în celulele logice configurabile atunci când este alimentat . Acest lucru înseamnă că poate fi reprogramat fără modificări ale hardware-ului.

ASIC-urile pot fi re-cablate doar modificând măștile fotolitografice la turnătoria de siliciu.

Un microcontroler este un tip de ASIC, care execută un program și, prin urmare, poate face lucruri generice. Cu toate acestea, dacă doriți să modificați setul de instrucțiuni sau să faceți ceva similar, trebuie să modificați aspectul actual al siliconului IC.

Diferența dintre un FPGA și un MCU este mai neclară. Practic, ceea ce este un FPGA, la nivel hardware, este o mulțime de celule SRAM mici, toate conectate la o matrice densă de multiplexoare. Practic, un FPGA este o întreagă grămadă de logici discrete care pot fi electronice „re-cablate” ** pur și simplu prin reprogramarea multiplexoarelor și a celulelor SRAM.

Ca atare, puteți implementați de fapt un MCU în un FPGA, deoarece un MCU este doar o anumită configurație a celulelor logice. De fapt, FPGA sunt foarte frecvent utilizate în procesul de proiectare a MCU-urilor.

Un microcontroler este o implementare a unei anumite configurații logice. Motivul pentru care le avem este că, prin implementarea unui MCU direct în siliciu, cantitatea totală de spațiu de matriță de siliciu necesară poate fi optimizată considerabil și se pot face anumite optimizări ale performanței pe care „genericitatea” necesară a unui FPGA le interzice. Acest lucru permite reducerea dramatică a costurilor de producție ale unui MCU și, ca rezultat, MCU comun este mult mai ieftin decât un FPGA care este capabil să conțină logica echivalentă.

FPGAs sunt utile în anumite aplicații, deoarece pot implementa structuri logice într-un mod pe care MCU-urile nu le pot. De exemplu, dacă trebuie să adăugați X1 + Y1, X2 + Y2, X3 + Y3 și X4 + Y4, MCU va trebui să facă fiecare operațiune în ordine *. Un FPGA poate avea pur și simplu 4 separate ALU în același timp , deci poate face aceeași operație într-un sfert de timp (presupunând că cele două dispozitive sunt tactate la același ritm).

Aici FPGA ( sau ASIC concepute pentru aceeași sarcină) pot străluci într-adevăr, prin faptul că puteți face multe, multe lucruri simultan , pe care un singur proces le poate face doar secvențial.

* (notă: „ignor aici unele lucruri precum SIMD)

Comentarii

• Nu ‘ cred că distincția FPGA / ASIC este neclară; într-un FPGA, circuitele a căror ” cablare ” pot fi schimbate funcționează simultan și independent. Un MCU are o cantitate mare de circuite ale căror cabluri nu pot fi schimbate, al căror comportament este controlat prin informații care sunt accesate fragmentar dintr-o matrice de memorie programabilă. În orice moment, un procesor va putea, în general, să efectueze o singură operație dintr-o listă de câteva mii până la câteva miliarde de opțiuni, dar MCU va fi conceput astfel încât punerea acestor operațiuni în ordine să facă posibilă lucru util.
• Vă mulțumim. FOARTE aproape de a deveni răspunsul … deși 10 luni mai târziu. +1 pentru a repara.

Aceasta este o întrebare bună,

Practic un microcontroler și un ASIC au hardware (denumit adesea siliciu) care este setat în piatră și nu poate fi modificat. Un FPGA poate fi configurat pentru a reprezenta mai multe tipuri diferite de hardware (aceasta poate include microcontrolere).

S-ar putea să credeți că un microcontroler poate fi făcut să facă multe lucruri diferite, dar acest lucru se face executând diferite programe – tehnic software dar uneori denumit firmware – hardware-ul în sine nu se schimbă în esență, face aceleași operații, dar într-o ordine diferită, cu intrări diferite.

FPGA-urile sunt de obicei utilizate pentru a genera proiectele care sunt dedicate ASIC-urilor. diferența dintre ele este că, dacă doriți să actualizați funcționarea interioară a unui FPGA sau să adăugați / eliminați blocuri funcționale, tot ce trebuie să faceți este să actualizați firmware-ul acestuia, acest lucru nu se poate face pe ASIC-uri ca regii s-au dedicat siliciului, nu este reconfigurabil.

Deci, pe scurt, cu un microprocesor utilizați același hardware pentru a rula programe diferite, cu un FPGA reconfigurați hardware-ul pentru a îndeplini diferite funcții, iar ASIC-urile sunt ca un micro controler, deoarece hardware-ul nu poate fi modificate, dar sunt de obicei concepute pentru a îndeplini o singură funcție extrem de eficient.

Atât ASIC-urile, cât și FPGA-urile pot conține microcontrolere și, în caz contrar, puteți scrie programe pentru ele, așa cum ați face cu un microcontroler independent, un exemplu acesta este procesorul încorporat Altera NIOS II.

Dacă acest lucru este încă confuz, spuneți-mi ce este neclar și voi face tot posibilul pentru a clarifica răspunsul meu.

Gipsy

bine, nu un FPGA este programat de semnale electrice dacă se comportă ca o colecție specifică de porți, unele FPGA includ bliț memorie pentru a stoca această configurație, unele nu și trebuie reprogramate după fiecare resetare a alimentării.

Un ASIC iese deja de pe linia de producție c onfigured.

Bugurile FPGA pot fi remediate cu o actualizare a firmware-ului, bugurile ASIC „nu pot fi reparate economic.