ARM、DSP、FPGA的技術特點和區別是什麼

發佈時間：2007.12.10 06:32 來源：賽迪網 作者：korn

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、微處理器和系統晶片方案，四個功能模組可供生產廠商根據不同用戶的要求來配置生產。由於所有產品均採用一個通用的軟體體系，所以相同的軟體可在所有產品中運行。目前ARM在手持設備市場佔有90以上的份額，可以有效地縮短應用程式開發與測試的時間，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資訊的器件。一個數字信號處理器在一塊不大的晶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，在其週邊還可以連接若干記憶體，並可以與一定數量的外部設備互相通信，有軟、硬體的全面功能，本身就是一個微型電腦。DSP採用的是哈佛設計，即數據總線和地址總線分開，使程式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，並進行譯碼，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，並在其他系統晶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複雜指令程式，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晶片。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。由於它運算能力很強，速度很快，體積很小，而且採用軟體編程具有高度的靈活性，因此為從事各種複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晶片一般具有如下主要特點：

（1）在一個指令週期內可完成一次乘法和一次加法；

（2）程式和數據空間分開，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迴圈及跳轉的硬體支援；

（5）快速的中斷處理和硬體I/O支援；

（6）具有在單週期內操作的多個硬體地址產生器；

（7）可以並行執行多個操作；

（8）支援流水線操作，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晶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，是專用積體電路（ASIC）中集成度最高的一種。FPGA採用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個 新概念，內部包括可配置邏輯模組CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模組IOB （Input Output Block）和內部連線（Interconnect）三個部分。用戶可對FPGA內部的邏輯模組和I/O模組重新配置，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，使得硬體的功能可以像軟體一樣通過編程來修改。作為專用積體電路（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。可以毫不誇張的講，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，或是硬體描述語言自由的設計一個數字系統。通過軟體倣真，我們可以事先驗證設計的正確性。在PCB完成以後，還可以利用FPGA的線上修改能力，隨時修改設計而不必改動硬體電路。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中的程式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，採用不同的編程方式。加電時，FPGA晶片將EPROM中數據讀入片內編程RAM 中，配置完成後，FPGA進入工作狀態。掉電後，FPGA恢復成白片，內部邏輯關係消失，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晶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。

區別是什麼呢？ARM具有比較強的事務管理功能，可以用來跑介面以及應用程式等，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、調製解調等，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，由於能夠進行編程、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。

（責任編輯：雲子）