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Microcontrolador vs Microprocesador: Las Diferencias

Seleccionar el dispositivo adecuado en el que basar su nuevo diseño puede ser desalentador. La necesidad de lograr el equilibrio adecuado de precio, rendimiento y consumo de energía tiene muchas implicaciones. Primero, habrá consideraciones tecnológicas inmediatas para el diseño en el que pueda embarcarse.

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Sin embargo, si el  microcontrolador (MCU) o el microprocesador (MPU) se convierten en la base de un enfoque de plataforma, la decisión puede tener consecuencias duraderas. La diferencia entre microprocesador y microcontrolador se convierte en un debate importante en este punto.

microprocesador vs microcontrolador

Microcontrolador vs Microprocesador: diferencias primarias

Por lo general, una MCU utiliza memoria Flash incorporada en el chip en la que almacenar y ejecutar su programa. Almacenar el programa de esta manera significa que la MCU tiene un período de inicio más corto y ejecuta el código rápidamente.

La única limitación práctica para usar memoria integrada es que el espacio total de memoria disponible es finito. La mayoría de los dispositivos Flash MCU disponibles en el mercado tienen un máximo de 2 Mbytes de memoria de programa. Esto puede ser un factor limitante, dependiendo de la aplicación.

Las MPU no tienen restricciones de memoria de la misma manera. Usan memoria externa para proporcionar almacenamiento de programas y datos.

El programa generalmente se almacena en una memoria no volátil, como NAND o Flash serie. Al inicio, esto se carga en una DRAM externa y comienza la ejecución. Esto significa que la MPU no estará funcionando tan rápido como una MCU, pero la cantidad de DRAM y NVM que puede conectar al procesador está en el rango de cientos de Mbytes e incluso Gbytes para NAND.

Otra diferencia es el poder. Al incorporar su propia fuente de alimentación, una MCU necesita un solo riel de alimentación de voltaje único.

En comparación, una MPU requiere varios rieles de voltaje de diferencia para el núcleo, DDR, etc. El desarrollador debe atender esto con circuitos integrados / convertidores de potencia adicionales a bordo.

Perspectiva de aplicación

Desde la perspectiva de la aplicación, algunos aspectos de la especificación de diseño pueden impulsar la selección de dispositivos de formas particulares.

Por ejemplo, ¿se requiere más cantidad de canales de interfaz periféricos que los que puede atender una MCU? ¿O la especificación de marketing estipula una capacidad de interfaz de usuario que no será posible con una MCU porque no contiene suficiente memoria en el chip o tiene el rendimiento requerido?

Al embarcarse en el primer diseño y saberlo, es muy probable que haya muchas variaciones de producto. En ese caso, es muy posible que se prefiera un enfoque de diseño basado en la plataforma.

Esto estipularía más “margen de maniobra” en términos de potencia de procesamiento y capacidades de interfaz para acomodar futuras actualizaciones de funciones.

Aplicaciones

Para ejecutar aplicaciones que son más intensivas en el procesamiento de números, la asignación DMIPS debe reservarse además de cualquier sistema operativo y otras tareas de comunicación y control. Cuanto más basada en la aplicación sea numérica, más probable es que se requiera una MPU.

La interfaz de usuario (UI) puede ser una consideración seria independientemente del objetivo de la aplicación. Como consumidores, nos hemos familiarizado y cómodo con el uso de interfaces gráficas de usuario intuitivas y coloridas.

Las aplicaciones industriales utilizan cada vez más este método de interacción del operador. Sin embargo, el entorno operativo puede limitar el uso de este. Para la interfaz de usuario hay una serie de factores.

¿Por qué son necesarias las diferencias?

En primer lugar, ¿se requiere la sobrecarga de procesamiento? Una sobrecarga de 80–100 DMIPS podría ser suficiente para una biblioteca de UI como Qt, ya que se usa ampliamente sobre Linux.

El segundo factor tiene que ver con la complejidad de la interfaz de usuario. Se necesita una mayor potencia de procesamiento y memoria para obtener más animaciones, efectos, contenido multimedia y más cambios aplicados a la imagen que se mostrará.

Y estos requisitos se amplían con la resolución, es por eso que para las aplicaciones diseñadas para centrarse en la interfaz de usuario, es más probable que una MPU se adapte.

Por otro lado, una MCU puede abordar una interfaz de usuario más simple con imágenes pseudoestáticas en una pantalla de resolución más baja.

Otro argumento a favor de la MPU es que generalmente vienen equipados con un controlador TFT LCD incorporado. Muy pocas MCU tienen esta capacidad. El controlador LCD TFT y algunos otros componentes externos del controlador deben agregarse externamente. Entonces, si bien es posible lograrlo con una MCU, el desarrollador debe mirar la lista de materiales general.

Muestreo de un microcontrolador

Algunas MCU Flash ahora están llegando al mercado con controladores TFT LCD integrados. Sin embargo, todavía debe haber suficiente memoria SRAM incorporada disponible para controlar la pantalla. Por ejemplo, el formato QVGA 320 x 240 de 16 colores requiere 150 kB de SRAM para alimentar y actualizar la pantalla.

Esta es una cantidad bastante alta de SRAM para dedicar. Es posible que se requiera algo de memoria adicional, lo que agregaría aún más a la lista de materiales y cerraría la brecha con la solución MPU.

Las IU gráficas más complejas y avanzadas, especialmente con pantallas de más de 4,3 pulgadas, estipularían una MPU. Si se ve que las MPU dominan cuando se trata de ejecutar una interfaz de usuario en una pantalla TFT en color, entonces las MCU son los reyes para el control LCD de matriz de puntos o segmentos y otras pantallas con interfaces seriales.

Punto de vista de conectividad

Desde el punto de vista de la conectividad, la mayoría de los dispositivos MCU y MPU están disponibles, con todas las interfaces periféricas populares comunes.

Los periféricos de comunicación de alta velocidad como HS USB 2.0, múltiples puertos Ethernet 10/100 o puerto Gigabit Ethernet generalmente solo se encuentran en MPU.

Son más capaces de manejar y procesar grandes cantidades de datos. Si hay suficientes canales adecuados y ancho de banda para manejar el tráfico de datos es una pregunta clave.

Dependiendo de los protocolos de comunicación utilizados, se debe verificar el impacto en el espacio de código utilizando pilas de terceros. Las aplicaciones que exigen conectividad de alta velocidad, especialmente en combinación con el uso de pilas basadas en el sistema operativo, requerirán un diseño basado en MPU.

Otro aspecto clave que marca la diferencia entre la selección de microprocesador y microcontrolador es la necesidad de un comportamiento determinista y en tiempo real de la aplicación.

Debido al núcleo del procesador utilizado en una MCU, así como al flash incorporado y considerando el software utilizado que es un RTOS o un C de metal desnudo, la MCU definitivamente tomará la delantera en este aspecto y abordará perfectamente el tiempo más crítico y Aplicaciones deterministas.

Consumo de Energia

Un último punto a considerar es el consumo de energía . Si bien las MPU tienen modos de baja potencia, no hay tantas o tan bajas como las que encontraría en una MCU típica .

Dado que el hardware externo que admite una MPU tiene un factor adicional, poner una MPU en un modo de baja potencia también podría ser un poco más complejo.

Además, el consumo real de una MCU es de magnitud menor que una MPU. En el modo de baja potencia, por ejemplo, con SRAM y retención de registros, puede considerar un factor de 10 a 100.

Esto está directamente relacionado con la cantidad de RAM y potencia requerida por un sistema operativo para reanudar la operación instantáneamente. Las decisiones involucradas en la selección de un enfoque basado en MCU o MPU son muchas e involucran el rendimiento, la capacidad y el presupuesto de la lista de materiales.

¿Seleccionando uno?

En términos generales, las MCU tienden a usarse en soluciones de costo optimizado que requieren un control estricto de BOM y ahorro de energía.

Las aplicaciones funcionalmente ricas y de alto rendimiento emplean a gran escala un mayor número de MPU. Las aplicaciones de ultra baja potencia, como los controles remotos, la electrónica de consumo y los medidores inteligentes, donde el énfasis en el diseño pone la longevidad de la vida útil de la batería y ninguna o poca interacción de la interfaz de usuario encuentra un mayor uso de MCU.

También se usan donde se necesita un comportamiento altamente determinista. Las MPU son ideales para aplicaciones industriales y de consumo basadas en el sistema operativo.

Estos pueden ser computacionales intensivos y requieren múltiples conectividades de alta velocidad o una interfaz de usuario rica.

La selección de un proveedor que ofrezca productos MCU y MPU altamente compatibles donde pueda migrar fácilmente hacia arriba y hacia abajo y maximizar la reutilización del software proporciona el mejor retorno de la inversión a lo largo del tiempo.

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