ARM、DSP、FPGA的技術(shù)特點(diǎn)和區(qū)別有哪些

ARM、DSP、FPGA與什么區(qū)別？各自有什么特點(diǎn)？這是一個(gè)很基礎(chǔ)的問題，本文對ARM、DSP、FPGA的各自特點(diǎn)和技術(shù)進(jìn)行了分析。
ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟 件。ARM架構(gòu)是面向低預(yù)算市場設(shè)計(jì)的第一款RISC微處理器，基本是32位單片機(jī)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它提供一系列內(nèi)核、體系擴(kuò)展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案，四 個(gè)功能模塊可供生產(chǎn)廠商根據(jù)不同用戶的要求來配置生產(chǎn)。由于所有產(chǎn)品均采用一個(gè)通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產(chǎn)品中運(yùn)行。目前ARM在手持設(shè)備 市場占有90以上的份額，可以有效地縮短應(yīng)用程序開發(fā)與測試的時(shí)間，也降低了研發(fā)費(fèi)用。
DSP（digital singnal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，有自己的完整指令系統(tǒng)，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。一個(gè)數(shù) 字信號處理器在一塊不大的芯片內(nèi)包括有控制單元、運(yùn)算單元、各種寄存器以及一定數(shù)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(shù)量的外 部設(shè)備互相通信，有軟、硬件的全面功能，本身就是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)。DSP采用的是哈佛設(shè)計(jì)，即數(shù)據(jù)總線和地址總線分開，使程序和數(shù)據(jù)分別存儲在兩個(gè)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(shí)就可取出下一條指令，并進(jìn)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(shù)據(jù)空間之間進(jìn)行傳輸，因?yàn)樵黾恿似骷撵`活性。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其 他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器， 是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。由于它運(yùn)算能力很強(qiáng)，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(fù)雜的應(yīng)用提供了一條有效途徑。
根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點(diǎn)：
（1）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；
（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)；
（3）片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問；
（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)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(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；
（7）可以并行執(zhí)行多個(gè)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(dāng)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(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)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(gè) 新概念，內(nèi)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(nèi)部連線（Interconnect）三個(gè)部分。用戶可對FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實(shí) 現(xiàn)用戶的邏輯。它還具有靜態(tài)可重復(fù)編程和動態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)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(lǐng)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(shù)有限的缺點(diǎn)?？梢院敛豢鋸埖闹v，F(xiàn)PGA能完成任何數(shù)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(shí)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(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)。通過軟件仿真，我們可以事先驗(yàn)證設(shè)計(jì)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(shí)修改設(shè)計(jì)而不必改動硬件電 路。使用FPGA來開發(fā)數(shù)字電路，可以大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少PCB面積，提高系統(tǒng)的可靠性。FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的， 因此工作時(shí)需要對片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時(shí)，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM 中，配置完成后，F(xiàn)PGA進(jìn)入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)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(dāng)需要修改FPGA功能時(shí)，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可 以產(chǎn)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。
區(qū)別是什么呢？ARM具有比較強(qiáng)的事務(wù)管理功能，可以用來跑界面以及應(yīng)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(jì)算的，比如進(jìn)行加密解 密、調(diào)制解調(diào)等，優(yōu)勢是強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和較高的運(yùn)行速度。FPGA可以用VHDL或verilogHDL來編程，靈活性強(qiáng)，由于能夠進(jìn)行編程、除錯(cuò)、 再編程和重復(fù)操作，因此可以充分地進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)和驗(yàn)證。當(dāng)電路有少量改動時(shí)，更能顯示出FPGA的優(yōu)勢，其現(xiàn)場編程能力可以延長產(chǎn)品在市場上的壽命，而這種能力可以用來進(jìn)行系統(tǒng)升級或除錯(cuò)。