简述FPGA 和DSP的优缺点及使用场合

1、简述FPGA 和DSP的优缺点及使用场合。DSP的结构特点是：1、 采用数据和程序分离的哈佛结构和改进的哈佛结构，执行指令速度更快。2、 采用流水线技术，减少每条指令执行时间。3、 片内多总线，可同时进行取指及多个数据存取操作。4、 独立的累加器及加法器，一个周期内可同时完成相乘及累加运算。5、 有DMA通道控制器及串行通信口等，便于数据传送。6、 有中断处理器及定时控制器，便于构成小规模系统。7、 具有软硬件等待功能，能与各种存储器接口。DSP作为专门的微处理器，主要用于计算，优势是软件的灵活性。适用于条件进程，特别是复杂的多算法任务。DSP通过汇编或高级语言(如C语言)进行编程，实时实现方

2、案。因此，采用DSP器件的优势在于：软件更新速度快，极大地提高了系统的可靠性、通用性、可更换性和灵活性。缺点：受到串行指令流的限制；超过几MHZ的取样率，一个DSP 仅能完成对数据非常简单的运算；研发周期长。DSP使用场合是：(系统较低取样速率、低数据率、多条件操作、处理复杂的多算法任务、使用C语言编程、系统使用浮点。)适合于较低采样速率下多条件进程、特别是复杂的多算法任务。FPAG的结构特点是：片内有大量的逻辑门和触发器，多为查找表结构，实现工艺多为SRAM。规模大，集成度高，处理速度快，执行效率高。能完成复杂的时序逻辑设计，且编程灵活，方便，简单，可多次重复编程。许多FPAG可无限重复编程

3、。利用重新配置可减少硬件的开销。缺点是：掉电后一般会丢失原有逻辑配置；时序难规划；不能处理多事件；不适合条件操作FPAG使用场合：(系统高速取样速率(几MHZ)、高数据率、框图方式编程、处理任务固定或重复、使用定点。) 适合于高速采样频率下，特别是任务比较固定或重复的情况以及试制样机、系统开发的场合。简述DSP总体设计步骤：(实时数字信号处理系统的设计)：1、总体方案设计，包括明确设计任务，给出设计任务书，并将其转化为量化的技术指标，确定最佳算法及参数，系统软硬件折衷，器件选型。2、软件设计(开发DSP软件)：(1)使用汇编语言、C语言或两者的混合来编写程序，并编译生成目标文件；(2)将目标文

4、件送入链接器进行连接，得可执行文件；(3)将可执行文件调入调试器，进行调试，检查运行结果，正确则继续，否则返回(1)；(4)进行代码转换，将代码写入存储器，脱离仿真运行程度，检查结果，正确则继续，否则返回(3)；(5)软件测试，结果合格则软件调试完毕，否则返回(1)。3、硬件设计：硬件设计说明书；硬件原理图设计、PCB设计；硬件调试；(1)设计硬件实现方案；(2)进行器件选型；(3)原理图设计(4)PCB设计(5)硬件调试4、系统集成：将软硬件结合起来，组装样机，系统测试，合格，则设计完毕，否则，一般采用修改软件方法。如果无法解决问题，则必须调整硬件，此时问题严重。高速数据采集系统布局、接地、

5、电源去耦要遵循什么原则？1、 采用多层PCB板，大面积地线与大面积电源线对ADC转换有利；2、 模拟地与数字地分离，最后就近接于平面地；3、 用120F电解电容和0.010.1F无极性电容对每组电源分别去耦，去耦元件尽可能接在靠近ADC器件处，模拟电源去耦要先接到模拟地线点，数字电源去耦要先接到数字地线点；4、 模拟电源与数字电源分开供电，如采用单一电源，也应在进入电路板处分离出来，并分别加以去耦；5、 模拟输入通路应尽可能短，并在适当地方终结，以避免反射，同时模拟输入信号与基准电压应远离数字信号通路，避免数字信号高速变化耦合到模拟通路。6、 数字通路也应尽可能短，也要注意长度的匹配，以避免反

6、射，如有必要，可串入小电阻以减少数字信号干扰。7、 将ADC转换器芯片下的PCB板布置成地平面有很大好处。8、 芯片插座会增大分布电容，建议在电路板装配中不用插座。简述ISA PCI VME总线优缺点：ISA总线(工业标准结构总线)：优点：简单(设计方式容易，和处理器耦合紧密，I/O方便，组织灵活)缺点：占资源(最大缺点)、速度不快，只能用于传输速率要求不高的场合。PCI总线：优点：高性能、低成本、使用方便(即插即用)、使用寿命长、可靠性强，可操作性好、适应性好、数据完整性好(提供了数据和地址奇偶校验)、软件兼容性好(PCI部件和驱动程序可用于各种不同平台)。1高性能(数据通道可由32位升级到

7、64位，同步总线操作达到33MHZ，数据传输率可达133MBS或266MBS)，2低成本(最优化的内部结构，电气驱动能力，多路复用减少了引脚数和部件的封装尺寸，扩展卡独立工作，减少了开发成本，避免了用户混乱)，3使用方便(即插即用)，4使用寿命长(独立处理器，支持多电压，可扩展位寻址，面向未来有较强生命力)，5可靠性强，可操作性好，6适应性好(多主控允许任何PCI主设备和主设备之间进行点对点访问)，7数据完整性好(提供了数据和地址奇偶校验)，8软件兼容性好(PCI部件和驱动程序可用于各种不同平台)。缺点：1不能热插拔，2 PCI采用的插卡机械性能不够好，用于工业控制系统可靠性不高，3 PCI规

8、范只允许容纳4块插卡，对工业应用远远不够。1、不能热插拔 2、总线负载较少，不超过7个，引脚数也少，难以扩展I/O接口 3、PCI总线的插座为槽式结构，不坚固，散热不良 4、采用共享总线机制，会出现总线竞争问题VME总线： 优点：VME总线的开放性及其优良的机械特性，获得了广泛的市场；VME总线支持多处理器系统，地址总线32位，数据总线32位(最高64位)；能处理七级中断，具有总线仲裁能力；VME数据传输总线为高速异步并行，理论上可达40Mbytes/s 实际约为20 Mbytes/s；VME总线规范允许最多可容纳21快插件。缺点：相比CPCI总线，VME总线价格昂贵，速度较慢。LVDS总线：

9、(是一种小振幅差分信号技术，使用非常低的幅度信号，通过一对差分PCB走线或平衡电缆传输数据)优点：高速传输能力，点到点，传输速率可达800 Mb/s；低噪声、低电磁干扰；低功耗；节省成本，低成本实现高性能。USB总线：(通用串行总线，不是一种新的总线标准，而是一种应用于PC的领域的新的接口技术)优点：即插即用，数据传输质量高，节省系统资源，现已成为计算机连接外围设备的I/O接口标准的主流。难点：USB的驱动程序；USB握手信号多。CAN(控制器局域网)总线：是一种多主方式的串行通信总线，非常适用于实时性强的控制领域，是目前国际上应用最广泛的现场总线之一。主要特点：高速的数据传输速率，高达1Mb

10、it/s；很远的数据传输距离(长达10Km 50KBit/s)；极高的总线利用率(单一网络中，理论上可挂接无数个节点)；较低成本的现场总线(双绞线(常用)、光纤、2线差分电压传送)；可靠的错误处理和检错机制(大大增强了抗电磁干扰能力)；具有很高的可靠性(发送信息遭破坏后可自动重发，节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能)；报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符指示功能信息优先级。FIFO 和双端口RAM各有何特点？双端口RAM特点：便于两个设备之间进行双向数据随机传输，容量小，速度慢，成本比FIFO高，连线比FIFO多高速，低功耗，为写操作提供多种 控制方式，方便总线扩展，可对两个端口进

11、行完全异步的操作，可运行在备用电池的状态，完全兼容TTL电平。(可以单独使用，可以两片一主一从组成主从系统，扩展数据总线，无须额外的附加逻辑，具有完全独立的两个接口，支持对器件的任何存储空间进行完全异步的读写操作，通过CE，自动工作在省电模式。)FIFO是一种先进先出的存储器。优点：不需地址线，扩展方便，不同容量直接互换。缺点：沿敏感，使用时要特别注意匹配，并经常进行复位，避免错误积累；必须顺序读取数据，读完数据，该数据被清除。简述存储器的含义及特点：SDRAM 同步动态存储器，优：高速，大容量，价钱便宜，具有统一器件封装。缺：控制复杂。有专用控制模块。DDR-SDRAM 双倍速率的同步动态存

12、储器，在时钟的上升和下降沿均工作，数据存储速率提高一倍，同时时序控制要求更复杂。SSRAM 同步静态随机存取存储器 优：所有访问都在时钟的上升/下降沿启动，地址、数据输入和其它控制信号均与时钟信号相关。SBSRAM 同步突发静态随机存取存储器 优：读写速度快，不要刷新，突发模式下，可在内部产生访问数据单元的突发地址。缺：读写操作频繁切换时总线利用率不高。DDR-SRAM 两倍速率SRAM 优：数据吞吐率成倍增加QDR-SRAM 四倍速率SRAM 缺：价格昂贵，存储容量较小，容量增加地址线/数据线/控制线增加，但逻辑控制简单，速度相对较快。简述信号完整性分析的目的和意义：信号完整性分析包括：串扰

13、，下冲，过冲，振铃，单调性等多方面要求。分析重点：信号由源端通过导体到达终端时其信号质量是否满足信号完整性要求。的目标与意义：是高速电路设计与实现中极其重要的环节，它可以在PCB板加工之前对其高速部分进行软件分析与仿真，使设计者在设计中随时观察关键线网的信号波形，并在需要时采取必要方法保证信号质量。举例说明软件-硬件折衷 空间-时间折衷的定义：设计实时数字信号处理系统时面临的一个基本问题是：采用软件还是硬件来实现。软件是指能控制硬件资源的工作并使之完成算法的程序；硬件是指各种计算部件的集合，包括那些由用户直接定制的硬件。软件和硬件的折衷就是控制程序和处理部件之间的折衷。方法为：采用软件实现方法，能否满足对速度和存储空间的要求，如果能满足，而且还留有足够的改进空间，则选用软件实现；如果不行，就应选用硬件实现方法。此时尽量选已有技术。如果仍不行，则必须设计全新的专用处理器。比如，乘法器的实现，若用软件实现，要确定并改进算法，以减少运算复杂度，提高运算速度；也可用硬件实现，通过改进算法，用移位和相加的方法，使算法适合硬件电路实现。两种方案综合比较，选择一种方案实现并验证是否达到设计目标。空间和时间的折衷贯穿了信号处理设计和实现的整个过程。包括软件的空间-时间折衷和硬件的空