ARM、DSP、FPGA的技術(shù)特點(diǎn)和區別有哪些

ARM、DSP、FPGA與什么區別？各自有什么特點(diǎn)？這是一個(gè)很基礎的問(wèn)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)，設計了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟 件。ARM架構是面向低預算市場(chǎng)設計的第一款RISC微處理器，基本是32位單片機的行業(yè)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(gè)功能模塊可供生產(chǎn)廠(chǎng)商根據不同用戶(hù)的要求來(lái)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)品中運行。目前ARM在手持設備 市場(chǎng)占有90以上的份額，可以有效地縮短應用程序開(kāi)發(fā)與測試的時(shí)間，也降低了研發(fā)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(lái)處理大量信息的器件。一個(gè)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(gè)微型計算機。DSP采用的是哈佛設計，即數據總線(xiàn)和地址總線(xiàn)分開(kāi)，使程序和數據分別存儲在兩個(gè)分開(kāi)的 空間，允許取指令和執行指令完全重疊。也就是說(shuō)在執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 序空間和數據空間之間進(jìn)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(jìn)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(shí)際環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運行速度可達每秒數以千萬(wàn)條復雜指令程序，遠遠超過(guò)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(chēng)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(diǎn)：
（1）在一個(gè)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(kāi)，可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)指令和數據；
（3）片內具有快速RAM，通?？赏ㄟ^(guò)獨立的數據總線(xiàn)在兩塊中同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)；
（4）具有低開(kāi)銷(xiāo)或無(wú)開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)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(gè)硬件地址產(chǎn)生器；
（7）可以并行執行多個(gè)操作；
（8）支持流水線(xiàn)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(chǎng)可編程門(mén)陣列）的縮寫(xiě)，它是在PAL、GAL、PLD等可編程器件的基 礎上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，是專(zhuān)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(xiàn)（Interconnect）三個(gè)部分。用戶(hù)可對FPGA內部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實(shí) 現用戶(hù)的邏輯。它還具有靜態(tài)可重復編程和動(dòng)態(tài)在系統重構的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣通過(guò)編程來(lái)修改。作為專(zhuān)用集成電路（ASIC）領(lǐng)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(mén)電路數有限的缺點(diǎn)?？梢院敛豢鋸埖闹v，FPGA能完成任何數字器件的功能，上至高 性能CPU,下至簡(jiǎn)單的74電路，都可以用FPGA來(lái)實(shí)現。
FPGA如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過(guò)傳統的原理圖輸入法，或是硬件描述語(yǔ)言自由 的設計一個(gè)數字系統。通過(guò)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(xiàn)修改能力，隨時(shí)修改設計而不必改動(dòng)硬件電 路。使用FPGA來(lái)開(kāi)發(fā)數字電路，可以大大縮短設計時(shí)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(lái)設置其工作狀態(tài)的， 因此工作時(shí)需要對片內的RAM進(jìn)行編程。用戶(hù)可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時(shí)，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM 中，配置完成后，FPGA進(jìn)入工作狀態(tài)。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關(guān)系消失，因此，FPGA能夠反復使用。FPGA的編程無(wú)須專(zhuān)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(shí)，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片FPGA，不同的編程數據，可 以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，FPGA的使用非常靈活?？梢哉f(shuō)，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。
區別是什么呢？ARM具有比較強的事務(wù)管理功能，可以用來(lái)跑界面以及應用程序等，其優(yōu)勢主要體現在控制方面，而DSP主要是用來(lái)計算的，比如進(jìn)行加密解 密、調制解調等，優(yōu)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(lái)編程，靈活性強，由于能夠進(jìn)行編程、除錯、 再編程和重復操作，因此可以充分地進(jìn)行設計開(kāi)發(fā)和驗證。當電路有少量改動(dòng)時(shí)，更能顯示出FPGA的優(yōu)勢，其現場(chǎng)編程能力可以延長(cháng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的壽命，而這種能力可以用來(lái)進(jìn)行系統升級或除錯。