ARM、DSP、FPGA的特点和区别

ARM、DSP、FPGA的特点和区别2008年05月09日星期五 16:33ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。

ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC 微处理器，基本是32位单片机的行业标准，它提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案，四个功能模块可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产。

由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行。

目前ARM在手持设备市场占有90以上的份额，可以有效地缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用。

DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，有自己的完整指令系统，是以数字信号来处理大量信息的器件。

一个数字信号处理器在一块不大的芯片内包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单元等等，在其外围还可以连接若干存储器，并可以与一定数量的外部设备互相通信，有软、硬件的全面功能，本身就是一个微型计算机。

DSP采用的是哈佛设计，即数据总线和地址总线分开，使程序和数据分别存储在两个分开的空间，允许取指令和执行指令完全重叠。

也就是说在执行上一条指令的同时就可取出下一条指令，并进行译码，这大大的提高了微处理器的速度。

另外还允许在程序空间和数据空间之间进行传输，因为增加了器件的灵活性。

其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。

它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。

它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

由于它运算能力很强，速度很快，体积很小，而且采用软件编程具有高度的灵活性，因此为从事各种复杂的应用提供了一条有效途径。

根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；（7）可以并行执行多个操作；（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。

FPGA是英文Field Programmable Gate Array（现场可编程门阵列）的缩写，它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的一种。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB （Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。

用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑。

它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。

作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路，FPGA既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

可以毫不夸张的讲，FPGA能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用FPGA来实现。

FPGA如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。

通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。

在PCB完成以后，还可以利用FPGA的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。

使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。

FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此工作时需要对片内的RAM进行编程。

用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。

加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM 中，配置完成后，FPGA 进入工作状态。

掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。

FPGA 的编程无须专用的FPGA 编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。

当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。

这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。

因此，FPGA的使用非常灵活。

可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。

区别是什么呢？ARM具有比较强的事务管理功能，可以用来跑界面以及应用程序等，其优势主要体现在控制方面，而DSP主要是用来计算的，比如进行加密解密、调制解调等，优势是强大的数据处理能力和较高的运行速度。

FPGA可以用VHDL或verilogHDL来编程，灵活性强，由于能够进行编程、除错、再编程和重复操作，因此可以充分地进行设计开发和验证。

当电路有少量改动时，更能显示出FPGA的优势，其现场编程能力可以延长产品在市场上的寿命，而这种能力可以用来进行系统升级或除错。

(转自网络)FPGA可以通过并行处理和流水线，达到比CPU和DSP更高的数据处理能力。

而且现在FPGA也内嵌了DSP模块和CPU，可以设计成片上系统。

对于对CPU要求不高的单板，只要使用FPGA内的CPU就可以了，不需要另外再贴块CPU芯片了。

因为三种器件各有其优势，所以是谁也没有办法替代谁。

主要的竞争在FPGA与DSP，低端CPU之间展开。

因为DSP和CPU都是专用集成电路，所以内部时钟频率可以做的很高，密度可以做的很高，特别是CPU，往往都代表了半导体的最新最高工艺。

现在PC机上的CPU以GHz为计量单位，而FPGA基本500MHz就封顶了。

FPGA虽然在执行频率上没有DSP和FPGA那么高，工艺可能也没有那么先进，但是FPGA可以通过并行处理和流水线，达到比CPU和DSP更高的数据处理能力。

而且现在FPGA也内嵌了DSP模块和CPU，可以设计成片上系统。

对于对CPU要求不高的单板，只要使用FPGA内的CPU就可以了，不需要另外再贴块 CPU芯片了。

因为三种器件各有其优势，所以是谁也没有办法替代谁。

主要的竞争在FPGA 与DSP，低端CPU之间展开。

DSP是软件实现算法。

FPGA是硬件实现算法，所以FPGA的处理速度会更高。

FPGA 比DSP快的一个重要原因是FPGA可以实现并行运算，而DSP由于硬件结构条件限制，主要还是依靠软件来提取指令执行，理解为还是串行执行的！ARM、DSP、FPGA、CPLD、SOPC、SOC 之间有什么区别和联系？2008年06月16日星期一下午 08:47arm是一种嵌入式芯片，比单片机功能强，可以针对需要增加外设。

类似于通用cpu，但是不包括桌面计算机。

DSP主要用来计算，计算功能很强悍，一般嵌入式芯片用来控制，而DSP用来计算，譬如一般手机有一个arm芯片，主要用来跑界面，应用程序，DSP可能有两个，adsp,mdsp，或一个，主要是加密解密，调制解调等。

FPGA和CPLD都是可编程逻辑器件，都可以用VHDL或verilog HDL来编程，一般CPLD使用乘积项技术，粒度粗些；FPGA使用查找表技术，粒度细些，适用触发器较多的逻辑。

其实多数时候都忽略它们的差异，一般在设计ASIC芯片时要用FPGA验证，然后再把VHDL等程序映射为固定的版图，制作ASIC芯片，在设计VHDL程序时，有可能要使用C仿真。

SOC就是单片系统，主要是器件太多设计复杂，成本高，可靠性差等缺点，所以单片系统是一个发展趋势。

SOPC就是可编程芯片系统，就是可以用FPGA/CPLD实现一个单片系统，譬如altera的Nios软核处理器嵌入到Stratix中。

●FPGA与CPLD的区别系统的比较,与大家共享：尽管ＦＰＧＡ和ＣＰＬＤ都是可编程ＡＳＩＣ器件,有很多共同特点,但由于ＣＰＬＤ和ＦＰＧＡ结构上的差异,具有各自的特点:①ＣＰＬＤ更适合完成各种算法和组合逻辑,ＦＰＧＡ更适合于完成时序逻辑。

换句话说,ＦＰＧＡ更适合于触发器丰富的结构,而ＣＰＬＤ更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构。

②ＣＰＬＤ的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的,而ＦＰＧＡ的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。

③在编程上ＦＰＧＡ比ＣＰＬＤ具有更大的灵活性。

ＣＰＬＤ通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程,ＦＰＧＡ主要通过改变内部连线的布线来编程;ＦＰＧＡ可在逻辑门下编程,而ＣＰＬＤ是在逻辑块下编程。

④ＦＰＧＡ的集成度比ＣＰＬＤ高,具有更复杂的布线结构和逻辑实现。

⑤ＣＰＬＤ比ＦＰＧＡ使用起来更方便。

ＣＰＬＤ的编程采用Ｅ2ＰＲＯＭ或ＦＡＳＴＦＬＡＳＨ技术,无需外部存储器芯片,使用简单。

而ＦＰＧＡ的编程信息需存放在外部存储器上,使用方法复杂。

⑥ＣＰＬＤ的速度比ＦＰＧＡ快,并且具有较大的时间可预测性。

这是由于ＦＰＧＡ是门级编程,并且ＣＬＢ之间采用分布式互联,而ＣＰＬＤ是逻辑块级编程,并且其逻辑块之间的互联是集总式的。

⑦在编程方式上,ＣＰＬＤ主要是基于Ｅ2ＰＲＯＭ或ＦＬＡＳＨ存储器编程,编程次数可达1万次,优点是系统断电时编程信息也不丢失。

ＣＰＬＤ又可分为在编程器上编程和在系统编程两类。

ＦＰＧＡ大部分是基于ＳＲＡＭ编程,编程信息在系统断电时丢失,每次上电时,需从器件外部将编程数据重新写入ＳＲＡＭ中。

其优点是可以编程任意次,可在工作中快速编程,从而实现板级和系统级的动态配置。

⑧ＣＰＬＤ保密性好,ＦＰＧＡ保密性差。

⑨一般情况下,ＣＰＬＤ的功耗要比ＦＰＧＡ大,且集成度越高越明显。

随著复杂可编程逻辑器件(CPLD)密度的提高,数字器件设计人员在进行大型设计时,既灵活又容易,而且产品可以很快进入市场。

许多设计人员已经感受到CPLD 容易使用、时序可预测和速度高等优点,然而,在过去由于受到CPLD密度的限制,他们只好转向FPGA和ASIC。

现在,设计人员可以体会到密度高达数十万门的CPLD 所带来的好处。

CPLD结构在一个逻辑路径上采用1至16个乘积项,因而大型复杂设计的运行速度可以预测。

因此,原有设计的运行可以预测,也很可靠,而且修改设计也很容易。

CPLD在本质上很灵活、时序简单、路由性能极好,用户可以改变他们的设计同时保持引脚输出不变。