ARM、DSP、FPGA的技术特点和区别是什么

ARM、DSP、FPGA的技术特点和区别是什么 ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业， 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，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 singnal 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油 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。