FPGA與微控制器的區別

FPGA（現場可程式設計門陣列）和微控制器是兩種型別的積體電路，在電子系統中發揮著不同的作用。雖然兩者都可以用於實現數字邏輯功能，但它們在架構、靈活性以及應用領域方面存在重大差異。

閱讀本文以瞭解更多關於 FPGA 和微控制器的資訊，以及它們之間有何不同。

什麼是 FPGA？

FPGA 是現場可程式設計門陣列的縮寫。它是一種積體電路（IC），包含一組可程式設計邏輯塊和互連。FPGA 的獨特之處在於，它們可以在製造完成後由設計人員進行程式設計或配置，以實現特定的數字邏輯操作或電路。這種靈活性使它們有別於固定功能的 IC，例如微處理器或專用積體電路（ASIC）。

可配置邏輯塊（CLB）

CLB 是 FPGA 的核心元件。其中包含查詢表（LUT）、觸發器或暫存器，以及其他邏輯資源，如多路複用器和算術單元。LUT 充當查詢表，允許實現任何組合邏輯功能。觸發器或暫存器用於儲存資料或執行時序邏輯。CLB 可以連線在一起以執行復雜的計算。

可程式設計互連

FPGA 具有可程式設計互連網路，允許 CLB 之間相互通訊。這些互連由電纜和可程式設計開關網路組成。可以設定開關以連線或路由某些 CLB 的輸入和輸出，從而實現邏輯單元的必要互連。

配置儲存器

FPGA 包含一個專用的配置儲存器，用於儲存定義器件邏輯功能和互連所需的程式設計資訊。此儲存器儲存配置位元流，該位元流是從所需電路的硬體描述語言（HDL）設計或原理圖表示中匯出的二進位制檔案。

什麼是微控制器？

微控制器是一種小型積體電路，在一個晶片上集成了處理核心、儲存器、輸入/輸出（I/O）外設和其他必要的元件。它旨在為嵌入式應用提供一個完整的計算機系統。

微控制器架構

• 微控制器中通常包含一箇中央處理單元（CPU）或處理器核心。CPU 執行指令、執行計算並管理微控制器的總體操作。

• 它們還具有儲存器元件，例如用於儲存臨時資料的隨機存取儲存器（RAM）、用於儲存程式指令的只讀儲存器（ROM）或快閃記憶體，以及用於儲存持久資料的非易失性儲存器。

程式設計和軟體開發

• 微控制器的程式設計使用高階程式語言，如 C 或 C++。有可用的軟體開發工具來幫助進行微控制器程式的編碼、除錯和部署，例如整合開發環境（IDE）和編譯器。

• 開發人員編寫軟體來控制微控制器的行為以及對各種輸入的響應。此軟體通常稱為韌體，負責實現嵌入式系統的預期功能。

低功耗

• 微控制器旨在儘可能地降低功耗。它們通常用於電池供電的裝置或需要高能效的應用。

• 微控制器使用時鐘門控、睡眠模式和電源管理功能等技術來降低功耗。這些策略允許行動式裝置更有效地執行並延長電池壽命。

FPGA 與微控制器的區別

下表重點介紹了 FPGA 和微控制器之間的主要區別：

結論

需要注意的是，FPGA 和微控制器並非互斥的，它們可以在系統中結合使用以增強彼此的特性。例如，FPGA 可以執行復雜的訊號處理演算法，而微控制器可以管理一般的系統控制和通訊。

在 FPGA 和微控制器之間做出選擇取決於應用的具體要求以及在靈活性、效能和成本之間的權衡。

Md. Sajid

更新於： 2023年8月2日

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