远程传感器微控制器vs.微处理器

图示：© IoT For All —— 当你构建低功耗电子产品时，很容易感到不知所措。有太多不同的组件和技术，让人难以知道从哪里开始。最近，一家 MistyWest 的客户想要重新设计他们部署在野外的物联网环境监测设备，使其更小、更轻、更节能，电池续航时间更长，并且更容易部署在偏远地区。为了实现这一目标，他们面临着一个选择，是采用基于 Linux 的单板计算机（SBC）加微处理器，还是采用基于微控制器的计算平台。让我们来看看在设计成功的远程传感器时，微控制器和微处理器之间的区别，以便你在未来应用中能够做出正确的选择。 “在微控制器和微处理器之间，你必须考虑计算能力、问题的资源密集程度，以及其他几个变量。” —— MistyWest 点击推特 ### 微控制器套件 vs. 单板计算机 微控制器是一种小型、一体化的计算平台，通常具备诸如片上存储器、内置定时器、I/O 处理等功能，可以与电气硬件进行交互。微控制器常见的应用包括遥控器、玩具、工业设备、汽车和可植入式医疗设备。你可以在 Arduino 等微控制器套件中找到它们。 微处理器则类似于传统计算机的 CPU，它只是处理器本身，需要连接外部存储器、定时器、存储和 I/O 外设才能运行。微处理器通常更强，允许通过选择所需的精确内存、定时器和其他功能，进行更精细的硬件设计。你会发现微处理器出现在消费类计算设备中，而小型且价格低廉的单板计算机（SBC）如 Raspberry Pi 的增多，也使它们能够用于智能设备等新应用中。 ---### 微控制器 vs. 微处理器：优势与劣势 在选择微控制器和微处理器时，你必须考虑计算能力、问题的资源需求程度，以及一些其他变量。你的传感器需要简单的传感器读取（低需求）、图像处理（高需求）还是机器视觉/AI（极高需求）？在开发方面，你是否可以使用现成的操作系统或复用他人的代码？你又需要多少的功耗或电池续航时间？以下是对每个功能的详细分析。 #### #1：计算能力 一些微控制器设计时考虑了低功耗，其工作频率较低，意味着芯片计算速度较慢但功耗更低。这使得微控制器适合处理计算需求较低的应用，如传感器读取、串行通信或机械控制系统，但它们通常没有足够的处理能力来执行计算密集型任务，如图像处理。 相比之下，商业微处理器板（如 Raspberry Pi）通常具备更强的计算能力，可以支持更复杂任务，如视频流或运行本地网站。还有些微处理器带有额外模块，如 Nvidia Jetson Nano，其图形处理单元（GPU）可用于机器视觉和人工智能任务。 #### #2：封装、开发资源与支持 如果你选择了一个成熟平台，如 Arduino 或 Raspberry Pi，你会发现有许多现成的开源库以及活跃社区可以协助你解决问题。但如果选择一个较为专业且不常见的平台，你可能在阅读文档和解决问题时需要独自面对。你需要决定是否需要某个平台的特殊功能，并权衡这一功能与支持的强弱之间的关系。 在嵌入式 Linux 解决方案中，大多数常见连接（如以太网、音频和视频）的基本驱动程序已经存在、测试并稳定。相比之下，你可能需要为特定微控制器编写驱动程序以连接外围设备，这可能会耗费大量时间和精力。 #### #3：电池充电 基于微控制器的开发板通常比基于微处理器的 SBC 消耗更少的能源。其中一个原因是微控制器通常以比微处理器更低的时钟频率运行，这意味着它们的计算能力也较低。 #### #4：编程语言支持 如果你的代码运行在微控制器上，你很可能需要使用如 C 或 C++ 这类底层语言编写软件。而在使用 Linux 系统的微处理器上，你可以有更多的语言选择。这可以加快原型设计（POC）的开发速度。例如，许多用于相机、传感器等外设的库是用 Python 等高级语言编写的。选择一个可以运行这些语言的平台，你就能利用这些开源库。但如果解决方案需要大量底层硬件操作，这种方式可能并不适用。 #### #5：代码可移植性 代码与硬件的集成程度有多紧密？如果你为微控制器编写的是裸机程序，那么将其切换到另一个平台可能会很困难。但像 FreeRTOS 之类的项目，会使得平台的切换变得更容易。 如果你使用的是基于 Linux 的 SBC，并通过 USB 等协议连接外围设备，那么更改计算平台会更加容易，因为通常已经有现成的库和驱动程序可用。 #### #6：启动时间 带有嵌入式 Linux 的 SBC 启动时间明显长于微控制器，无论是裸机系统还是运行 RTOS 的系统。在使用 SBC 时，应用程序不能依赖固定的启动时间，必须接受几秒的启动时间。 #### #7：成本 总体来说，微控制器的成本通常低于微处理器。例如，顶级 Teensy 的价格为 26 美元，旗舰 Arduino 板（Uno）为 25 美元，而 Raspberry Pi 的旗舰板（Pi 4）起价为 35 美元，更昂贵的板，如 Jetson Nano，价格可能高达 130 美元。两个领域的价格范围都很宽，市场上有丰富的选择。 ---### 做出最佳选择 总而言之，单板计算机（SBC）和微控制器套件都是嵌入式应用中需要计算的解决方案。选择哪一种取决于具体应用场景。尽管价格更高，但带有嵌入式 Linux 的 SBC 可提供更强的计算能力，并能快速启动你的项目。它在编程语言选择上更加多样，拥有活跃的在线社区，并具有良好的代码可移植性。 另一方面，微控制器则更加节能，并允许对内部配置进行完全控制和精细调整，但可能需要额外的时间来开发功能。 在选择微控制器和微处理器时，如果你需要快速构建一个概念验证原型，或者设备将用于推理、目标定位或其他高要求计算任务，SBC 通常是更好的选择。代码的可移植性和系统的灵活性将显著简化开发和维护过程。 TweetShareShareEmail 人工智能连接数据分析边缘计算硬件组件 --> 人工智能连接数据分析边缘计算硬件组件