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-- 發(fā)布時間：2010-11-12 14:26:12
-- ARM、DSP、FPGA的技術特點和區(qū)別
嵌入式開發(fā)領域，ARM是一款非常受歡迎的微處理器，其市場覆蓋率極高，DSP和FPGA則是作為嵌入式開發(fā)的協(xié)處理器，協(xié)助微處理器更好的實現(xiàn)產品功能。那三者的技術特點以及區(qū)別是什么呢？下文就此問題略做了總結。
ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關技術及軟件。
ARM架構是面向低預算市場設計的第一款RISC微處理器，基本是32位單片機的行業(yè)標準，它提供一系列內核、體系擴展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案，四個功能模塊可供生產廠商根據不同用戶的要求來配置生產。由于所有產品均采用一個通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產品中運行。目前ARM在手持設備市場占有90以上的份額，可以有效地縮短應用程序開發(fā)與測試的時間，也降低了研發(fā)費用。
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DSP（digital singnal processor）是一種獨特的微處理器，有自己的完整指令系統(tǒng)，是以數字信號來處理大量信息的器件。一個數字信號處理器在一塊不大的芯片內包括有控制單元、運算單元、各種寄存器以及一定數量的存儲單元等等，在其外圍還可以連接若干存儲器，并可以與一定數量的外部設備互相通信，有軟、硬件的全面功能，本身就是一個微型計算機。DSP采用的是哈佛設計，即數據總線和地址總線分開，使程序和數據分別存儲在兩個分開的空間，允許取指令和執(zhí)行指令完全重疊。也就是說在執(zhí)行上一條指令的同時就可取出下一條指令，并進行譯碼，這大大的提高了微處理器的速度。另外還允許在程序空間和數據空間之間進行傳輸，因為增加了器件的靈活性。其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數字信號，再對數字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數據處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。由于它運算能力很強，速度很快，體積很小，而且采用軟件編程具有高度的靈活性，因此為從事各種復雜的應用提供了一條有效途徑。根據數字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點：
（1）在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法；
（2）程序和數據空間分開，可以同時訪問指令和數據；
（3）片內具有快速RAM，通常可通過獨立的數據總線在兩塊中同時訪問；
（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉的硬件支持；
（5）快速的中斷處理和硬件I/O支持；
（6）具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器；
（7）可以并行執(zhí)行多個操作；
（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。
當然，與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對較弱些。
FPGA是英文Field Programmable Gate Array（現(xiàn)場可編程門陣列）的縮寫，它是在PAL、GAL、PLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物，是專用集成電路（ASIC）中集成度最高的一種。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個新概念，內部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內部連線（Interconnect）三個部分。用戶可對FPGA內部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實現(xiàn)用戶的邏輯。它還具有靜態(tài)可重復編程和動態(tài)在系統(tǒng)重構的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改。作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路，F(xiàn)PGA既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。可以毫不夸張的講，F(xiàn)PGA能完成任何數字器件的功能，上至高性能CPU,下至簡單的74電路，都可以用FPGA來實現(xiàn)。FPGA如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設計一個數字系統(tǒng)。通過軟件仿真，我們可以事先驗證設計的正確性。在PCB完成以后，還可以利用FPGA的在線修改能力，隨時修改設計而不必改動硬件電路。使用FPGA來開發(fā)數字電路，可以大大縮短設計時間，減少PCB面積，提高系統(tǒng)的可靠性。FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態(tài)的，因此工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。目前FPGA的品種很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。
ARM作為嵌入式開發(fā)最常用的處理器，是嵌入式工程師必須掌握的一門知識。ARM體系架構在嵌入式學院<嵌入式工程師職業(yè)培訓班>的二期課程中將會結合嵌入式linux應用開發(fā)、嵌入式linux系統(tǒng)移植進行詳細介紹，另外華清遠見的短期培訓業(yè)務中也分別有針對ARM、DSP、FPGA的培訓課程。
區(qū)別是什么？：ARM具有比較強的事務管理功能，可以用來跑界面以及應用程序等，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在控制方面，而DSP主要是用來計算的，比如進行加密解密、調制解調等，優(yōu)勢是強大的數據處理能力和較高的運行速度。FPGA可以用VHDL或verilogHDL來編程，靈活性強，由于能夠進行編程、除錯、再編程和重復操作，因此可以充分地進行設計開發(fā)和驗證。當電路有少量改動時，更能顯示出FPGA的優(yōu)勢，其現(xiàn)場編程能力可以延長產品在市場上的壽命，而這種能力可以用來進行系統(tǒng)升級或除錯。