全面解析FPGA與DSP，兩者區別竟然這么大

PGA是一種可編程的硅芯片，DSP是數字信號處理，當系統設計人員在項目的架構設計階段就面臨到底采用FPGA還是DSP的重要問(wèn)題。本文將首先分別介紹FPGA和DSP的特點(diǎn)，然后再從內部資源、編程語(yǔ)言、功能多個(gè)角度解析兩者的不同。

1、FPGA與DSP的特點(diǎn)

FPAG的結構特點(diǎn)

片內有大量的邏輯門(mén)和觸發(fā)器，多為查找表結構，實(shí)現工藝多為SRAM。規模大，集成度高，處理速度快，執行效率高。能完成復雜的時(shí)序邏輯設計，且編程靈活，方便，簡(jiǎn)單，可多次重復編程。許多FPAG可無(wú)限重復編程。利用重新配置可減少硬件的開(kāi)銷(xiāo)。缺點(diǎn)是：掉電后一般會(huì )丟失原有邏輯配置；時(shí)序難規劃；不能處理多事件；不適合條件操作。

DSP的結構特點(diǎn)

1、 采用數據和程序分離的哈佛結構和改進(jìn)的哈佛結構，執行指令速度更快。

2、 采用流水線(xiàn)技術(shù)，減少每條指令執行時(shí)間。

3、 片內多總線(xiàn)，可同時(shí)進(jìn)行取指及多個(gè)數據存取操作。

4、 獨立的累加器及加法器，一個(gè)周期內可同時(shí)完成相乘及累加運算。

5、 有DMA通道控制器及串行通信口等，便于數據傳送。

6、 有中斷處理器及定時(shí)控制器，便于構成小規模系統。

7、 具有軟硬件等待功能，能與各種存儲器接口。

DSP作為專(zhuān)門(mén)的微處理器，主要用于計算，優(yōu)勢是軟件的靈活性。適用于條件進(jìn)程，特別是復雜的多算法任務(wù)。DSP通過(guò)匯編或高級語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）進(jìn)行編程，實(shí)時(shí)實(shí)現方案。因此，采用DSP器件的優(yōu)勢在于：軟件更新速度快，極大地提高了系統的可靠性、通用性、可更換性和靈活性。缺點(diǎn)：受到串行指令流的限制；超過(guò)幾MHZ的取樣率，一個(gè)DSP 僅能完成對數據非常簡(jiǎn)單的運算；研發(fā)周期長(cháng)。

2、內部資源

FPGA側重于設計具有某個(gè)功能的硬件電路，內部資源是VersaTIles（ActelFPGA）之類(lèi)的微小單元，FPGA的內部單元初始在編程前都是使用的是HDL語(yǔ)言實(shí)現硬件電路的設計描述。FPGA內部的連線(xiàn)資源將這些功能模塊的內部和模塊之間的信號連接起來(lái)，構成較大的模塊。FPGA可以?xún)炔繉?shí)現ALU，加法器，乘法器，累加器，FIFO，SRAM，DDRcontroller，FFT，HDLC，DMA，PWM等等數字電路，也就說(shuō)我們要用其實(shí)現一個(gè)特定的或是通用的硬件功能一個(gè)或是多個(gè)模塊，這些模塊的各個(gè)細節都要要用HDL來(lái)描述設計實(shí)現。

目前的FPGA都可以直接內嵌諸如ARM7，CoretexM1，Core8051等微處理器，用于FPGA的軟核的，也有的FPGA廠(chǎng)商將一些硬件模塊直接做到FPGA中，這些是FPGA內部的硬核。傳統的FPGA都是實(shí)現純數字電路的，業(yè)界只有Actel的FPGA實(shí)現了數?；旌系腜SC單芯片技術(shù)，真正的提升和擴大了FPGA的應用功能和領(lǐng)域。

此外，多數FPGA都有PLL，DLL之類(lèi)的鎖相環(huán)，Slew可調，Actel的還內建了OSC，RTC，Powermanager之類(lèi)的硬件單元，甚至Actel的Fusion系列還內建了600kbps的12bit的ADC以及MOSFETDriver之類(lèi)模擬接口，內部有UserFlashMemeory，FlashROM等資源可以實(shí)現真正的PSC，Bootloader之類(lèi)的功能。

DSP主要是算法處理，內部資源主要是乘法器，加法器之類(lèi)的資源，有SPI接口，UART接口，接受一定的指令集，內部的資源基本上都是現成的，需要客戶(hù)的需要而重新配置，方便于客戶(hù)的使用，但是相對來(lái)講其功能是有局限性的，所以主要用于某些特定的領(lǐng)域。DSP也有內嵌的鎖相環(huán)，計數器，Baudrate發(fā)生器，有的DSP也有ADC模擬接口。

3、編程語(yǔ)言

FPGA主要使用HDL，包括VHDl，Verilog，還有數?；旌系拿枋稣Z(yǔ)言Verilog-AMS等。（課程推薦：FPGA培訓）

DSP使用C，匯編語(yǔ)言編程。（課程推薦：C6000 DSP培訓）

4、功能角度

FPGA普遍用于實(shí)現數字電路模塊，基本上能實(shí)現所有的數字電路，傳統的數字功能模塊，以及客戶(hù)產(chǎn)品特定需求的數字處理模塊。FPGA的IO橋接種類(lèi)繁多，不同種類(lèi)的級別的FPGA支持的IO標準和協(xié)議都不盡相同，但是這些IO的驅動(dòng)能力或是電壓都是可編程配置的。任何數字功能電路的實(shí)現，高速信號的處理，控制領(lǐng)域的信號處理，橋轉換協(xié)議的實(shí)現，Actel的Fusion還能用于電流/電壓檢測，溫度的檢測，MOSFETdriver，電源管理，其獨特的Flash工藝技術(shù)可以依靠電池供電工作，和掉電實(shí)時(shí)保存數據，超低功耗，多種工作模式（StaTIc，Sleepmode），尤其IGLOO芯片的功能在Sleepmode下功耗只有5uW。這樣的功耗用于手機，GPS之類(lèi)的移動(dòng)手持設備中能發(fā)揮更大的功能應用。

除此之外，用FPGA實(shí)現ASIC的前期的設計驗證，FPGA實(shí)現DSP的功能，實(shí)現CPU的功能，MCU的功能，內存控制器，用于工業(yè)的PWM，SVPWM，Clarke，Park的正逆變換的實(shí)現，VGA控制，數據的編解碼，解復用，高達上Gbps的信號的處理，協(xié)議的轉換實(shí)現等等等等功能，都是DSP難以勝任的。

DSP內部有很多現成的硬件模塊和接口以及控制器，但是需要軟件編程設定，可以實(shí)現PWM控制，接口控制，UART接口，SPI接口等功能。但是由于受指令集的時(shí)鐘周期的限制，DSP不能處理太高的信號，至于說(shuō)上Gbps的信號，LVDS之類(lèi)的信號就很難以涉及了。所以相應的應用領(lǐng)域會(huì )有所限制。但是不同的領(lǐng)域客戶(hù)的設計方案不同，考慮的側重點(diǎn)不同，有些領(lǐng)域設計者也是愛(ài)好使用DSP的，諸如算法實(shí)現，協(xié)議的處理等等如果換作FPGA來(lái)處理那就得不償失。

5、適用的場(chǎng)合

DSP適用于系統較低取樣速率、低數據率、多條件操作、處理復雜的多算法任務(wù)、使用C語(yǔ)言編程、系統使用浮點(diǎn)。）適合于較低采樣速率下多條件進(jìn)程、特別是復雜的多算法任務(wù)。

FPAG適用于系統高速取樣速率（≥幾MHZ）、高數據率、框圖方式編程、處理任務(wù)固定或重復、使用定點(diǎn)。） 適合于高速采樣頻率下，特別是任務(wù)比較固定或重復的情況以及試制樣機、系統開(kāi)發(fā)的場(chǎng)合。