arm、dsp、fpga的特点和区别

说明 ARM、DSP、FPGA 的异同点 3 ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了 大量高性能、廉价、耗能低的 RISC 处理器、相关技术及软 件。ARM 架构是面向 低预算市场设计的第一款 RISC 微处理器，基本是 32 位单片机的行业标准，它 提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案，四 个功能模块可供生 产厂商根据不同用户的要求来配置生产。由于所有产品均采用一个通用的软件 体系，所以相同的软件可在所有产品中运行。目前 ARM 在手持设备 市场占有 90 以上的份额，可以有效地缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用。 DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，有自己的完整 指令系统，是以数字信号来处理大量信息的器件。一个数 字信号处理器在一块 不大的芯片内包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单 元等等，在其外围还可以连接若干存储器，并可以与一定数量的外 部设备互相 通信，有软、硬件的全面功能，本身就是一个微型计算机。DSP 采用的是哈佛设 计，即数据总线和地址总线分开，使程序和数据分别存储在两个分开的 空间， 允许取指令和执行指令完全重叠。也就是说在执行上一条指令的同时就可取出 下一条指令，并进行译码，这大大的提高了微处理器的速度 。另外还允许在程 序空间和数据空间之间进行传输，因为增加了器件的灵活性。其工作原理是接 收模拟信号，转换为 0 或 1 的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化， 并在其 他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有 可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过 通用微处理器， 是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理 能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。由于它运算能力很强，速度很 快，体积很小，而且采用软件编程具有高度的灵活性，因此为从事各种复杂的 应用提供了一条有效途径。 当然，与通用微处理器相比，DSP 芯片的其他通用功能相对较弱些。（缺点） FPGA 是英文 Field Programmable Gate Array（现场可编程门阵列）的缩写， 它是在 PAL、GAL、PLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成 电路（ASIC）中集成度最高的一种。FPGA 采用了逻辑单元阵列 LCA（Logic Cell Array）这样一个 新概念，内部包括可配置逻辑模块 CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块 IOB （Input Output Block）和内部连线 （Interconnect）三个部分。用户可对 FPGA 内部的逻辑模块和 I/O 模块重新配 置，以实现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性， 使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。作为专用集成电路（ASIC） 领域中的一种半定制电路，FPGA 既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编 程器件门电路数有限的缺点。可以毫不夸张的讲，FPGA 能完成任何数字器件的 功能，上至高性能 CPU,下至简单的 74 电路，都可以用 FPGA 来实现。FPGA 如同 一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述 语言自由的设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确 性。在 PCB 完成以后，还可以利用 FPGA 的在线修改能力，随时修改设计而不必 改动硬件电路。使用 FPGA 来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少 PCB 面积，提高系统的可靠性。 FPGA 是由存放在片内 RAM 中的程序来设置其工作状态的，因此工作时需要对 片内的 RAM 进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。 加电时，FPGA 芯片将 EPROM 中数据读入片内编程 RAM 中，配置完成后，FPGA 进 入工作状态。掉电后，FPGA 恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA 能够 反复使用。FPGA 的编程无须专用的 FPGA 编程器，只须用通用的 EPROM、PROM 编程器即可。当需要修改 FPGA 功能时，只需换一片 EPROM 即可。这样，同一片 FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA 的使用非常灵 活。可以说，FPGA 芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 目前 FPGA 的品种很多，有 XILINX 的 XC 系列、TI 公司的 TPC 系列、ALTERA 公 司的 FIEX 系列等。 区别是什么呢？ ARM 具有比较强的事务管理功能，可以用来跑界面以及应用程序等，其优势主要 体现在控制方面，而 DSP 主要是用来计算的，比如进行加密解密、调制解调等， 优势是强大的数据处理能力和较高的运行速度。FPGA 可以用 VHDL 或 verilogHDL 来编程，灵活性强，由于能够进行编程、除错、 再编程和重复操作， 因此可以充分地进行设计开发和验证。当电路有少量改动时，更能显示出 FPGA 的优势，其现场编程能力可以延长产品在市场上的寿命，而这种能力可以用来 进行系统升级或除错。 (转自网络) 因为 DSP 和 CPU 都是专用集成电路，所以内部时钟频率可以做的很高，密度可 以做的很高，特别是 CPU，往往都代表了半导体的最新最高工艺。现在 PC 机上 的 CPU 以 GHz 为计量单位，而 FPGA 基本 500MHz 就封顶了。 FPGA 虽然在执行频率上没有 DSP 和 FPGA 那么高，工艺可能也没有那么先进， 但是 FPGA 可以通过并行处理和流水线，达到比 CPU 和 DSP 更高的数据处理能力。 而且现在 FPGA 也内嵌了 DSP 模块和 CPU，可以设计成片上系统。对于对 CPU 要 求不高的单板，只要使用 FPGA 内的 CPU 就可以了，不需要另外再贴块 CPU 芯 片了。因为三种器件各有其优势，所以是谁也没有办法替代谁。主要的竞争在 FPGA 与 DSP，低端 CPU 之间展开。 DSP 是软件实现算法。FPGA 是硬件实现算法，所以 FPGA 的处理速度会更高。 FPGA 比 DSP 快的一个重要原因是 FPGA 可以实现并行运算，而 DSP 由于硬件结 构条件限制，主要还是依靠软件来提取指令执行，理解为还是串行执行的！ ARM、DSP、FPGA、CPLD、SOPC、SOC 之间有什么区别和联系？ 2008 年 06 月 16 日 星期一 下午 08:47 arm 是一种嵌入式芯片，比单片机功能强，可以针对需要增加外设。类似于通用 cpu，但是不包括桌面计算机。 DSP 主要用来计算，计算功能很强悍，一般嵌入式芯片用来控制，而 DSP 用来计 算，譬如一般手机有一个 arm 芯片，主要用来跑界面，应用程序，DSP 可能有两 个，adsp,mdsp，或一个，主要是加密解密，调制解调等。 FPGA 和 CPLD 都是可编程逻辑器件，都可以用 VHDL 或 verilog HDL 来编程，一 般 CPLD 使用乘积项技术，粒度粗些；FPGA 使用查找表技术，粒度细些，适用触 发器较多的逻辑。其实多数时候都忽略它们的差异，一般在设计 ASIC 芯片时要 用 FPGA 验证，然后再把 VHDL 等程序映射为固定的版图，制作 ASIC 芯片，在设 计 VHDL 程序时，有可能要使用 C 仿真。 SOC 就是单片系统，主要是器件太多设计复杂，成本高，可靠性差等缺点，所以 单片系统是一个发展趋势。 SOPC 就是可编程芯片系统，就是可以用 FPGA/CPLD 实现一个单片系统，譬如 altera 的 Nios 软核处理器嵌入到 Stratix 中。 FPGA 与 CPLD 的区别 系统的比较,与大家共享： 尽管和都是可编程器件,有很多共同特点,但由于 和结构上的差异,具有各自的特点: 更适合完成各种算法和组合逻辑,更适合于完成时序逻辑。 换句话说,更适合于触发器丰富的结构,而更适合于触发器有 限而乘积项丰富的结构。 的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的,而 的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。 在编程上比具有更大的灵活性。通过修改具有固 定内连电路的逻辑功能来编程,主要通过改变内部连线的布线来编程; 可在逻辑门下编程,而是在逻辑块下编程。 的集成度比高,具有更复杂的布线结构和逻辑实现。 比使用起来更方便。的编程采用2或 技术,无需外部存储器芯片,使用简单。而的编程 信息需存放在外部存储器上,使用方法复杂。 的速度比快,并且具有较大的时间可预测性。这是由于 是门级编程,并且之间采用分布式互联,而是逻辑块级 编程,并且其逻辑块之间的互联是集总式的。 在编程方式上,主要是基于2或存储器编程,编 程次数可达 1 万次,优点是系统断电时编程信息也不丢失。又可分为在 编程器上编程和在系统编程两类。大部分是基于编程,编程信 息在系统断电时丢失,每次上电时,需从器件外部将编程数据重新写入 中。其优点是可以编程任意次,可在工作中快速编程,从而实现板级和系统级的 动态配置。 保密性好,保密性差。 一般情况下,的功耗要比大,且集成度越高越明显。 随著复杂可编程逻辑器件(CPLD)密度的提高,数字器件设计人员在进行大型设计 时,既灵活又容易,而且产品可以很快进入市场。许多设计人员已经感受到 CPLD 容易使用、时序可预测和速度高等优点,然而,在过去由于受到 CPLD 密度的限制, 他们只好转向 FPGA 和 ASIC。现在,设计人员可以体会到密度高达数十万门的 CPLD 所带来的好处。 CPLD 结构在一个逻辑路径上采用 1 至 16 个乘积项,因而大型复杂设计的运行速 度可以预测。因此,原有设计的运行可以预测,也很可靠,而且修改设计也很容易。 CPLD 在本质上很灵活、时序简单、路由性能极好,用户可以改变他们的设计同时 保持引脚输出不变。与 FPGA 相比,CPLD 的 I/O 更多,尺寸更小。 如今,通信系统使用很多标准,必须根据客户的需要配置设备以支持不同的标准。 CPLD 可让设备做出相应的调整以支持多种协议,并随著标准和协议的演变而改变 功能。这为系统设计人员带来很大的方便,因为在标准尚未完全成熟之前他们就 可以著手进行硬件设计,然后再修改代码以满足最终标准的要求。CPLD 的速度和 延迟特性比纯软件方案更好,它的 NRE 费用低於 ASIC,更灵活,产品也可以更快入 市。CPLD 可编程方案的优点如下： 逻辑和存储器资源丰富(Cypress Delta39K200 的 RAM 超过 480 Kb) 带冗余路由资源的灵活时序模型 改变引脚输出很灵活 可以装在系统上后重新编程 I/O 数目多 具有可保证性能的集成存储器控制逻辑 提供单片 CPLD 和可编程 PHY 方案 由于有这些优点,设计建模成本低,可在设计过程的任一阶段添加设计或改变引 脚输出,可以很快上市。 CPLD 的结构 CPLD 是属於粗粒结构的可编程逻辑器件。它具有丰富的逻辑资源(即逻辑门与寄 存器的比例高)和高度灵活的路由资源。CPLD 的路由是连接在一起的,而 FPGA 的 路由是分割开的。FPGA 可能更灵活,但包括很多跳线,因此速度较 CPLD 慢。 CPLD 以群阵列（array of clusters）的形式排列,由水平和垂直路由通道连接 起来。这些路由通道把信号送到器件的引脚上或者传进来,并且把 CPLD 内部的 逻辑群连接起来。 之所以称作粗粒,是因为,与路由数量相比,逻辑群要大得多。CPLD 的逻辑群比 FPGA 的基本单元大得多,因此 FPGA 是细粒的。 CPLD 最基本的单元是宏单元。一个宏单元包含一个寄存器(使用多达 16 个乘积 项作为其输入)及其它有用特性。 因为每个宏单元用了 16 个乘积项,因此设计人员可部署大量的组合逻辑而不用 增加额外的路径。这就是为何 CPLD 被认为是“逻辑丰富“型的。 宏单元以逻辑模块的形式排列(LB),每个逻辑模块由 16 个宏单元组成。宏单元 执行一个 AND 操作,然后一个 OR 操作以实现组合逻辑。 每个逻辑群有 8 个逻辑模块,所有逻辑群都连接到同一个可编程互联矩阵。 每个群还包含两个单端口逻辑群存储器模块和一个多端口通道存储器模块。前 者每模块有 8,192b 存储器,后者包含 4,096b 专用通信存储器且可配置为单端口、 多端口或带专用控制逻辑的 FIFO。 CPLD 有什麽好处？ I/O 数量多 CPLD 的好处之一是在给定的器件密度上可提供更多的 I/O 数,有时甚至高达 70%。 时序模型简单 CPLD 优于其它可编程结构之处在于它具有简单且可预测的时序模 型。这种简单的时序模型主要应归功于 CPLD 的粗粒度特性。 CPLD 可在给定的时间内提供较宽的相等状态,而与路由无关。这一能力是设计成 功的关键,不但可加速初始设计工作,而且可加快设计调试过程。 粗粒 CPLD 结构的优点 CPLD 是粗粒结构,这意味著进出器件的路径经过较少的开关,相应地延迟也小。 因此,与等效的 FPGA 相比,CPLD 可工作在更高的频率,具有更好的性能。 CPLD 的另一个好处是其软件编译快,因为其易于路由的结构使得布放设计任务更 加容易执行。 细粒 FPGA 结构的优点 FPGA 是细粒结构,这意味著每个单元间存在细粒延迟。如果将少量的逻辑紧密排 列在一起,FPGA 的速度相当快。然而,随著设计密度的增加,信号不得不通过许多 开关,路由延迟也快速增加,从而削弱了整体性能。CPLD 的粗粒结构却能很好地 适应这一设计布局的改变。 灵活的输出引脚 CPLD 的粗粒结构和时序特性可预测,因此设计人员在设计流程的后期仍可以改变 输出引脚,而时序仍保持不变。 新的 CPLD 封装 CPLD 有多种密度和封装类型,包括单芯片自引