Diferencia entre FPGA y Microcontrolador

Un procesador es un chip de computadora que realiza cálculos. Toma todas las decisiones lógicas que son todas las tareas que realiza una computadora, desde las más simples, como abrir ventanas hasta las más complejas, como completar una animación en 3D. Es por eso que el procesador se llama el cerebro de la computadora. Usando una placa base, su procesador está conectado a todos los demás componentes de su sistema. Es el trabajo de un procesador recibir datos de entrada, procesar los datos y proporcionar datos de salida. Entre todos los procesadores, los FPGA ( Matriz de puerta programable de campo ) y los microcontroladores son las dos opciones más comunes.

FPGA vs Microcontrolador

La principal diferencia entre FPGA y Microcontrolador es que FPGA no tiene una estructura de hardware definida y es más adecuada para tareas que requieren altas velocidades de procesamiento, mientras que los microcontroladores tienen una estructura de hardware y son los más adecuados para realizar tareas básicas.

Los FPGA son circuitos integrados que los usuarios pueden personalizar según sus requisitos cuando lo deseen. Se componen de varios bloques lógicos que se pueden configurar con facilidad con lenguajes de alta descripción. Este procesador consta de diferentes componentes, como bloques lógicos, bloques de entrada / salida y bloques lógicos configurables.

Los microcontroladores son esencialmente mini computadoras por su cuenta. Varios dispositivos de entrada / salida están montados en un pequeño chip, que incluye una memoria y una CPU. Son responsables de administrar componentes como sensores, memoria, pantalla, etc., dentro del sistema.

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Tabla de comparación entre FPGA y microcontrolador

Parámetros de comparación

FPGAMicrocontrolador
DefiniciónFPGA se utilizan para realizar tareas que son complejas y requieren altas velocidades de procesamiento.Los microcontroladores están destinados a realizar tareas simples que no requieren un nivel tan alto de potencia de procesamiento
FlexibilidadLos FPGA de flexibilidad son más flexibles porque permiten la reprogramación tanto del hardware como del firmware.Los microcontroladores son menos flexibles ya que solo permiten la reprogramación del firmware.
ProcesamientoLos FPGA de procesamiento son capaces de procesar en paralelo.El microcontrolador solo puede realizar procesamiento secuencial.
CostesLos costos de los FPGA son más caros de implementar.Los microcontroladores son relativamente económicos de implementar.
ProgramaciónEs un poco complicado y requiere mucho tiempoLa programación es más fácil y lleva menos tiempo.

¿Qué es un FPGA?

FPGA son circuitos integrados que se pueden personalizar según los requisitos del usuario en cualquier momento. Se puede usar un lenguaje de alta descripción para configurar bloques lógicos fácilmente. Hay diferentes componentes en este procesador, incluidos bloques lógicos, bloques de entrada / salida y bloques lógicos configurables.

Los FPGA manejan las tareas que requieren alta velocidad de procesamiento y complejidad. Los FPGA proporcionan una mayor flexibilidad porque pueden reprogramarse tanto en hardware como en firmware. Los FPGA permiten el procesamiento paralelo ejecutando operaciones idénticas simultáneamente porque hay miles de bloques lógicos de control que funcionan al mismo tiempo. Esto facilita la inteligencia artificial y el procesamiento de imágenes. Los FPGA consumen mucha energía. Por lo tanto, no se recomienda para tareas que drenan la energía rápidamente. Programar un FPGA es un poco complicado y requiere mucho tiempo porque el usuario debe escribir cada programa desde cero. El costo de implementar FPGA es alto.

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¿Qué es un microcontrolador?

Un microcontrolador es esencialmente una computadora pequeña por sí sola. Los dispositivos de entrada y salida están montados en un pequeño chip, que incluye una memoria y una CPU. Son responsables de administrar componentes como sensores, memoria, pantallas, etc., en el sistema. Los microcontroladores se programan utilizando lenguajes de nivel superior como JavaScript, Python y C. Al usar estos lenguajes, los microcontroladores pueden instruir a otros componentes sobre cómo operar.

Los microcontroladores están diseñados para manejar tareas simples que no requieren un nivel tan alto de potencia de procesamiento. Debido a que solo se puede reprogramar el firmware, los microcontroladores son menos flexibles. Su implementación es relativamente barata. Los microcontroladores se limitan al procesamiento secuencial. Por lo tanto, procesa los comandos dados por el usuario una línea a la vez. Como esto lleva mucho tiempo en completarse, hace que la realización de cualquier tarea en un microcontrolador sea un poco lenta. Debido a esto, no se recomienda realizar tareas poderosas. Es fácil programar microcontroladores porque el usuario puede comprar algunos paquetes prefabricados. Cada programa está diseñado para realizar una función específica. La programación de un microcontrolador se hace más fácil y requiere menos tiempo de esta manera.

Diferencias principales entre FPGA y Microcontrolador

  1. Los FPGA son los más adecuados para tareas complejas que requieren altas velocidades de procesamiento, mientras que los microcontroladores generalmente se usan para tareas simples que no requieren altas velocidades de procesamiento.
  2. Un FPGA tiene un alto grado de flexibilidad ya que permite al usuario reprogramar tanto su hardware como su firmware, mientras que un microcontrolador tiene un grado limitado de flexibilidad porque requiere que el usuario solo reprograme el firmware.
  3. Los FPGA son capaces de procesar en paralelo, mientras que los microcontroladores se limitan al procesamiento secuencial.
  4. Los FPGA requieren mucha potencia para operar, mientras que los microcontroladores pueden funcionar con una potencia relativamente baja.
  5. Los FPGA consumen mucho tiempo y son complicados de programar, por lo que su implementación cuesta más, mientras que los microcontroladores se pueden implementar de manera relativamente barata ya que la programación es mucho más fácil.
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Síntesis

Cualquier sistema no estaría completo sin un procesador. Cada vez que un ingeniero construye un sistema, se ve obligado a elegir un procesador para ese sistema. En la mayoría de los casos, los ingenieros tienen que elegir entre FPGA y microcontroladores debido a su uso generalizado. El FPGA es la solución ideal cuando el sistema debe realizar tareas complicadas a altas velocidades. Se recomiendan microcontroladores si se requiere que el sistema realice tareas básicas de forma autónoma. También se deben considerar otras diferencias antes de tomar una decisión. Aunque usar uno u otro de ellos puede mantener el costo total del sistema, ambos pueden usarse en el sistema. Juntos, cancelan los defectos del otro y ayudan al sistema a lograr una precisión y velocidad inigualables.

  1. https://www.mdpi.com/608460
  2. https://openarchive.nure.ua/handle/document/4955

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