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標題：ARM、DSP、FPGA的技術特點和區別

1樓

wangxinxin 發表于：2010-11-18 8:56:19

嵌入式開發領域，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
開發的協處理器，協助微處理器更好的實現產品功能。那三者的技術特點以及區別是什么呢？下文就此
問題略做了總結。
　 ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業的一家知名企業，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位單片機的行業標準，它提供一系
列內核、體系擴展、微處理器和系統芯片方案，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與測試的時間，也降低了研發費用。
DSP（digital singnal processor）是一種獨特的微處理器，有自己的完整指令系統，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，允許取指令和執行指令完全重疊。也就是說在執行
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，并在其他系統芯片中把數字數據解譯回模擬數
據或實際環境格式。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）可以并行執行多個操作；
（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執行等操作可以重疊執行。
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，以實現用戶的邏輯。它還具有靜態可重復編程和動態
在系統重構的特性，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，FPGA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，FPGA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。FPGA如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統的原理圖輸入法，或是硬件描述語
言自由的設計一個數字系統。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來開發數字電路，可以大大
縮短設計時間，減少PCB面積，提高系統的可靠性。FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態
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，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成后，FPGA進入工作狀態。掉電后，FPGA恢
復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA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FPGA，
不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。因此，FPGA的使用非常靈活。可以說，FPGA芯片是小批量
系統提高系統集成度、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<嵌入式工程師職業培訓班>的二期課程中將會結合嵌入式linux應用開發、嵌入式linux系統移植進
行詳細介紹，另外華清遠見的短期培訓業務中也分別有針對ARM、DSP、FPGA的培訓課程。
　區別是什么？：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，其優勢主要體現在
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和驗證。當電路有少量改動時，更能顯示出FPGA的優勢，其
現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升級或除錯。

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