Arduino- vs. FPGA-Board: Was ist der Unterschied zwischen ihnen?
September 14 2023 
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Zu den beliebtesten Plattformen für die elektronische Entwicklung und das Prototyping gehören FPGAs und Arduino. Sie haben jeweils unterschiedliche Vor- und Nachteile, daher hängt die beste Option für ein bestimmtes Projekt von den Anforderungen ab. In diesem Blog gehen wir auf die wichtigsten Unterschiede zwischen Arduino und FPGAs ein, um Ihnen bei der Auswahl der besten Plattform für Ihre Anforderungen zu helfen.
Was ist ein FPGA?
Ein FPGA ist ein Halbleiter, der so konfiguriert werden kann, dass er verschiedene digitale Logikoperationen ausführt. Er besteht aus einem Raster von Logikgattern, die auf viele Arten verbunden werden können. Dadurch ist es möglich, das FPGA so zu konfigurieren, dass es jede Operation ausführt, die als Boolesche Logikfunktion ausgedrückt werden kann. Wenn hohe Leistung und/oder Flexibilität erforderlich sind, werden häufig FPGAs verwendet. Sie werden beispielsweise in Signalverarbeitungs-, Netzwerk- und Telekommunikationsanwendungen eingesetzt. Sie werden auch in lebenswichtigen Anwendungen wie Flugzeugsystemen, medizinischer Ausrüstung und anderen Technologien eingesetzt.
Wie funktioniert ein FPGA?
FPGAs bestehen aus einem Raster von Logikblöcken, von denen jeder so eingerichtet werden kann, dass er eine bestimmte Aufgabe ausführt. Ein Routing-Netzwerk verbindet die Logikblöcke miteinander und ermöglicht ihnen, miteinander zu kommunizieren. Um ein FPGA zu programmieren, muss eine Konfigurationsdatei geschrieben werden, die die Verbindungen zwischen den Logikblöcken detailliert beschreibt. Zum Erstellen dieser Datei können verschiedene Sprachen verwendet werden, darunter Verilog und VHDL. Die Konfigurationsdatei wird nach dem Schreiben in das FPGA geladen. Die Logikblöcke und das Routing-Netzwerk werden dann vom FPGA mithilfe der Konfigurationsdatei konfiguriert. Nach der Einrichtung kann die beabsichtigte digitale Funktion mithilfe des FPGA ausgeführt werden. Da das FPGA beliebig oft geändert werden kann, eignet es sich perfekt für Anwendungen, die schnelle Prototypen oder Produktionsänderungen erfordern.Was ist ein Arduino?
Eine Mikrocontrollerplatine namens Arduino ist für schnelles Prototyping gedacht. Sie verfügt über mehrere Eingangs- und Ausgangspins (I/O) und basiert auf einem Atmel AVR-Mikrocontroller. C/C++, Python und JavaScript sind nur einige der vielen Programmiersprachen, die mit Arduinos verwendet werden können. Arduinos werden häufig in Hobbys und Bildungsprojekten eingesetzt. Sie werden auch in einigen kommerziellen Produkten verwendet, darunter tragbare Technologie und Heimautomatisierungsgeräte.
Wie funktioniert ein Arduino?
Die Arduino-Programmiersprache, die auf der Computersprache C++ basiert, wird zum Programmieren der Arduino-Platine verwendet. Das als Arduino IDE (Integrated Development Environment) bekannte Softwaretool vereinfacht das Erstellen und Hochladen von Arduino-Anwendungen. Bevor Sie einen Arduino verwenden können, müssen Sie ihn zunächst mit einem USB-Kabel an Ihren Computer anschließen. Anschließend muss die Arduino IDE auf Ihrem PC installiert werden. Sobald die Arduino IDE installiert ist, können Sie mit dem Schreiben von Arduino-Programmen beginnen. Die Arduino-Programmiersprache wird zum Erstellen von Arduino-Programmen verwendet. Die von Arduino verwendete Programmiersprache ist unkompliziert und leicht zu verstehen. Sie wurde optimiert, um die Verwendung zu vereinfachen, basiert jedoch weiterhin auf C++. Sie müssen eine neue Datei in der Arduino IDE erstellen, bevor Sie ein Arduino-Programm schreiben können. Anschließend müssen Sie die Datei mit Code aktualisieren. Die Funktion setup() und die Funktion loop() sind die beiden Hauptabschnitte des Codes eines Arduino-Programms. Wenn das Arduino-Board eingeschaltet wird, wird die Funktion setup() nur einmal aufgerufen. Bis das Arduino-Board ausgeschaltet wird, wird die Funktion loop() wiederholt aufgerufen. In der Funktion setup() können Sie die I/O-Pins einrichten und das Arduino-Board initialisieren. Sie können die Funktion loop() so programmieren, dass sie Daten von den I/O-Pins liest, Aktuatoren steuert und andere Vorgänge ausführt. Sobald ein Arduino-Programm erstellt wurde, kann es mithilfe der Arduino IDE auf das Arduino-Board hochgeladen werden. Wählen Sie dazu das Arduino-Board aus, mit dem Sie arbeiten, und klicken Sie in der Arduino IDE auf die Schaltfläche „Hochladen“. Das Arduino-Board beginnt mit der Ausführung der Anwendung, nachdem diese hochgeladen wurde. Bis Sie das Arduino-Board ausschalten oder die Reset-Taste auf dem Arduino-Board drücken, läuft das Programm weiter.Was sind die Unterschiede zwischen FPGAs und Arduinos?
Hier ist eine Tabelle, die die wichtigsten Unterschiede zwischen FPGAs und Arduinos zusammenfasst:| Funktion | FPGA | Arduino |
| Programmiersprache | Hardwarebeschreibungssprachen (HDLs) wie Verilog oder VHDL | Hochsprachen wie C/C++, Python oder JavaScript |
| Geschwindigkeit | Viel schneller als Arduinos | Langsamer als FPGAs |
| Flexibilität | Sehr flexibel; kann so konfiguriert werden, dass jede digitale Logikfunktion ausgeführt wird | Weniger flexibel; kann nur zur Ausführung einer bestimmten Aufgabe programmiert werden |
| Kosten | Teurer als Arduinos | Weniger teuer als FPGAs |
| Komplexität | Komplexer zu erlernen und zu verwenden als Arduinos | Weniger komplex zu erlernen und zu verwenden als FPGAs |
Welches sollten Sie verwenden?
Die ideale Option für ein bestimmtes Projekt hängt von seinen besonderen Anforderungen ab. Ein FPGA ist eine bessere Option, wenn Sie eine Hochleistungsmaschine benötigen, die modifiziert werden kann, um eine Vielzahl von Funktionen auszuführen. Ein Arduino ist jedoch eine bessere Option, wenn Sie nach einer einfachen und unkomplizierten Plattform für Bildungs- oder Hobbyprojekte suchen.Wofür wird ein Arduino verwendet?
Arduino kann für eine Vielzahl von Projekten verwendet werden, darunter:- Robotik: Um Roboter und andere autonome Geräte zu erstellen, wird Arduino verwendet.
- Heimautomatisierung: Arduino wird in der Heimautomatisierung verwendet, um Lichter, Haushaltsgeräte und andere Gadgets zu steuern.
- Überwachung der Umgebung: Arduino wird verwendet, um Variablen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Lichtstärke zu verfolgen.
- Bildung: Arduino wird in der Bildung verwendet, um Robotik, Programmierung und Elektronik zu lehren.
- Kunst und Design: Interaktive Kunstinstallationen und andere innovative Projekte werden mit Arduino erstellt.
Wofür werden FPGAs verwendet?
FPGAs werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, darunter:- Telekommunikation: Digitale Signalverarbeitungstechniken (DSP) werden in Telekommunikationsgeräten mithilfe von FPGAs implementiert.
- Computer: Um benutzerdefinierte Logikschaltungen zu konstruieren, werden in Computern FPGAs verwendet.
- Medizinische Geräte: Digitale Steuerungssysteme werden in medizinischen Geräten mithilfe von FPGAs implementiert.
- Industrielle Automatisierung: Zur Implementierung von Steuerlogik werden FPGAs in industriellen Automatisierungssystemen eingesetzt.
- Verteidigung: Zur Erstellung sicherer Kommunikationssysteme werden FPGAs in Verteidigungsanwendungen eingesetzt.
- Automobil: Zur Entwicklung von Sicherheitssystemen und Infotainmentsystemen werden FPGAs in Automobilanwendungen eingesetzt.
- Unterhaltungselektronik: FPGAs finden sich in Produkten wie Fernsehern, Tablets und Mobiltelefonen.
- Forschung: FPGAs werden in Bereichen wie maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz eingesetzt.
Beispiel für Arduino und FPGAs
Beispiele für Arduino
- Einfacher LED-Blinker: Dieses Projekt ist ein einfaches, das eine LED blinken lässt. Damit können die Grundlagen der Arduino-Programmierung erlernt werden.
- Temperatursensor: Dieses Projekt verwendet einen Sensor, um die Temperatur zu erfassen und auf einem seriellen Monitor anzuzeigen. Damit kann man sich über Sensoren und die richtige Art und Weise, Daten von ihnen abzulesen, informieren.
- Bewegungssensor: Der Bewegungssensor dieses Projekts nimmt Bewegungen wahr und lässt eine LED aufleuchten. Damit können Sie mehr über Bewegungssensoren und die Bedienung von Geräten mit ihnen erfahren.
- Hausautomation: In diesem Projekt wird Arduino zur Steuerung von Lichtern, Haushaltsgeräten und anderen Haushaltsgeräten verwendet. Damit können Aufgaben automatisiert und das Haus energieeffizienter werden.
- Robotik: Mit Arduino können Sie Roboter und andere autonome Geräte erstellen. Es kann zum Betrieb von Sensoren, Motoren und anderen Teilen verwendet werden.
- Überwachung der Umgebung: Arduino kann verwendet werden, um Dinge wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Lichtstärke im Auge zu behalten. Damit lässt sich eine individuelle Wetterstation bauen oder Daten für wissenschaftliche Forschung sammeln.
- Kunst und Design: Mit Arduino lassen sich interaktive Kunstinstallationen und andere innovative Projekte erstellen. Um dynamische und interessante Erlebnisse zu schaffen, kann es zur Steuerung von Lichtern, Motoren und anderen Elementen verwendet werden.
Beispiele für FPGAs
- Telekommunikation: Um Methoden der digitalen Signalverarbeitung (DSP) durchzuführen, werden FPGAs in Telekommunikationsgeräten eingesetzt. Die Qualität von Sprach- und Datenübertragungen wird durch diese Techniken verbessert.
- Computer: Um benutzerdefinierte Logikschaltungen zu konstruieren, benötigen Computer FPGAs. Diese Schaltkreise können verwendet werden, um die Ausführung bestimmter Vorgänge zu beschleunigen, einschließlich Grafikverarbeitung oder Verschlüsselung.
- Medizinische Geräte: FPGAs werden in medizinischen Geräten verwendet, um digitale Steuerungssysteme zu entwickeln. Der Betrieb von Geräten wie Herzschrittmachern und Insulinpumpen wird durch diese Systeme gesteuert.
- Industrielle Automatisierung: FPGAs werden zum Aufbau der Steuerlogik in industriellen Automatisierungssystemen verwendet. Maschinen und Roboter werden unter der Leitung dieser Argumentation betrieben.
- Verteidigung: Um sichere Kommunikationssysteme zu erstellen, werden FPGAs in Verteidigungsanwendungen eingesetzt. Diese Systeme werden verwendet, um zu verhindern, dass unbefugte Parteien vertrauliche Daten abfangen.
- Automobilindustrie: Zur Entwicklung von Sicherheitssystemen und Infotainmentsystemen werden FPGAs in Automobilanwendungen eingesetzt. FPGAs werden in Sicherheitssystemen zur Echtzeitentscheidungsfindung verwendet, darunter Antiblockiersysteme und elektronische Stabilitätskontrolle. FPGAs werden auch in Infotainmentsystemen verwendet, um Daten zu verarbeiten und Bilder und Videos anzuzeigen, einschließlich Navigations- und Entertainmentsystemen.
- Unterhaltungselektronik: FPGAs finden sich in Produkten wie Fernsehern, Tablets und Mobiltelefonen. FPGAs werden in diesen Geräten verwendet, um Funktionen wie Videodekodierung und Bildverarbeitung zu implementieren.
- Forschung: FPGAs werden in Bereichen wie maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz eingesetzt. FPGAs werden in diesen Anwendungen verwendet, um das Training und die Ausführung von Algorithmen zu beschleunigen.
Fazit
Sowohl FPGAs als auch Arduinos sind leistungsfähige Prototyping-Plattformen für Elektronik. Die beste Wahl für ein bestimmtes Projekt hängt von seinen besonderen Anforderungen ab. Wenn Sie sich nicht sicher sind, welche Plattform für Sie am besten geeignet ist, ist es eine gute Idee, einen Experten zu konsultieren.Populer Posts