FPGA vs mikrokontrolery - kiedy wybrac uklady programowalne
Porownanie wydajnosci, kosztow i zastosowan FPGA i MCU w aplikacjach przemyslowych. Praktyczny przewodnik wyboru technologii.
Fundamentalna roznica
Mikrokontroler (MCU) wykonuje instrukcje sekwencyjnie - jedna po drugiej. FPGA to macierz bramek logicznych, ktore mozna polaczyc w dowolny uklad cyfrowy - wszystkie operacje wykonuja sie rownolegle. To jak porownanie jednego robotnika wykonujacego zadania po kolei vs 1000 robotnikow pracujacych jednoczesnie.
Porownanie kluczowych parametrow:
| Parametr | MCU (np. STM32) | FPGA (np. Artix-7) |
|---|---|---|
| Czas reakcji | 1-100 us | 10 ns - 1 us |
| Rownolegle operacje | 1-2 (DMA) | Setki/tysiace |
| Koszt jednostkowy | 10-100 PLN | 100-2000 PLN |
| Pobor mocy | 10-500 mW | 0.5-10 W |
| Czas developmentu | Dni-tygodnie | Tygodnie-miesiace |
| Jezyk programowania | C/C++, Rust | VHDL, Verilog |
Kiedy wybrac mikrokontroler?
MCU jest lepszym wyborem w wiekszosci standardowych aplikacji:
- Zbieranie danych z czujnikow - temperatura, cisnienie, wilgotnosc
- Komunikacja - UART, SPI, I2C, CAN, Ethernet, WiFi
- Proste sterowanie - przekazniki, zawory, proste silniki
- HMI - wyswietlacze, przyciski, interfejs uzytkownika
- IoT / Edge - bramki, koncentratory, sensory bezprzewodowe
Kiedy wybrac FPGA?
FPGA jest niezbedne gdy MCU nie nadaza:
- Sterowanie CNC/robotyka - interpolacja trajektorii, generowanie impulsow MHz
- Przetwarzanie sygnalu - FFT w czasie rzeczywistym, filtracja, demodulacja
- Systemy bezpieczenstwa - SIL 3/4, gwarantowany czas reakcji
- Protokoly szybkie - EtherCAT, SERCOS, custom protocols
- Vision/AI edge - przetwarzanie obrazu, inference sieci neuronowych
Praktyczna regula:
Jesli Twoja aplikacja wymaga czasu reakcji ponizej 10 mikrosekund LUB przetwarzania wiecej niz 10 kanalow danych jednoczesnie z czestotliwoscia powyzej 100 kHz - rozważ FPGA. W pozostalych przypadkach MCU bedzie tanszy i szybszy w implementacji.
Rozwiazanie hybrydowe: SoC FPGA
Uklady takie jak Xilinx Zynq czy Intel Cyclone V SoC lacza rdzenie ARM z tkanina FPGA. Procesor obsluguje Linux, komunikacje i logike wysokopoziomowa, podczas gdy FPGA zajmuje sie zadaniami krytycznymi czasowo.
- Zynq-7020: 2x ARM Cortex-A9 + 85k LUT FPGA, od 400 PLN
- Zynq UltraScale+: 4x ARM Cortex-A53 + GPU Mali + FPGA, od 1500 PLN
- Cyclone V SoC: 2x ARM Cortex-A9 + FPGA, od 350 PLN
Koszty rozwoju
Przy porownaniu kosztow nalezy uwzglednic nie tylko cene ukladu, ale caly koszt projektu:
Projekt MCU
- Uklad: 50 PLN
- Plytka PCB: 500 PLN
- Development: 80-160 roboczogodzin
- Narzedzia: darmowe (GCC, OpenOCD)
- Lacznie: 15 000 - 30 000 PLN
Projekt FPGA
- Uklad: 500 PLN
- Plytka PCB: 2 000 PLN
- Development: 200-500 roboczogodzin
- Narzedzia: Vivado (darmowa wersja)
- Lacznie: 40 000 - 100 000 PLN
Potrzebujesz pomocy w wyborze?
Przeanalizujemy Twoje wymagania i zaproponujemy optymalne rozwiazanie - MCU, FPGA lub hybryde. Bezplatna konsultacja techniczna.
Umow konsultacje →Powiazane artykuly
Potrzebujesz pomocy?
Skontaktuj sie z nami - bezplatna wycena i doradztwo techniczne. Siedziba: ul. Kollataja 2C, 44-193 Knurow. Dzialamy na terenie calego Slaska.