說明ARM、DSP、FPGA的異同點

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　　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、微處理器和系統芯片方案，四 個功能模塊可供生產廠商根據不同用戶的要求來配置生產。由于所有產品均采用一個通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產品中運行。目前ARM在手持設備 市場占有90以上的份額，可以有效地縮短應用程序開發與測試的時間，也降低了研發費用。

　　DSP（digital signal 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信息的器件。一個數 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，本身就是一個微型計算機。DSP采用的是哈佛設計，即數據總線和地址總線分開，使程序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，并進行譯碼，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，并在其 他系統芯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復雜指令程序，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芯片。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。

　　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 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（Interconnect）三個部分。用戶可對FPGA內部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，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，使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改。作為專用集成電路（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。可以毫不夸張的講，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，或是硬件描述語言自由 的設計一個數字系統。通過軟件仿真，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的在線修改能力，隨時修改設計而不必改動硬件電路。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中的程序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，采用不同的編程方式。加電時，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM 中，配置完成后，FPGA進入工作狀態。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，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具有比較強的事務管理功能，可以用來跑界面以及應用程序等，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、調制解調等，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，由于能夠進行編程、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。 （轉自網絡）

　　FPGA可以通過并行處理和流水線，達到比CPU和DSP更高的數據處理能力。而且現在FPGA也內嵌了DSP模塊和CPU，可以設計成片上系統。對于對CPU要求不高的單板，只要使用FPGA內的CPU就可以了，不需要另外再貼塊CPU芯片了。因為三種器件各有其優勢，所以是誰也沒有辦法替代誰。主要的競爭在FPGA與DSP，低端CPU之間展開。

　　因為DSP和CPU都是專用集成電路，所以內部時鐘頻率可以做的很高，密度可以做的很高，特別是CPU，往往都代表了半導體的最新最高工藝。現在PC機上的CPU以GHz為計量單位，而FPGA基本500MHz就封頂了。

　　FPGA雖然在執行頻率上沒有DSP和FPGA那么高，工藝可能也沒有那么先進，但是FPGA可以通過并行處理和流水線，達到比CPU和DSP更高的數據處理能力。而且現在FPGA也內嵌了DSP模塊和CPU，可以設計成片上系統。對于對CPU要求不高的單板，只要使用FPGA內的CPU就可以了，不需要另外再貼塊 CPU芯片了。因為三種器件各有其優勢，所以是誰也沒有辦法替代誰。主要的競爭在FPGA與DSP，低端CPU之間展開。

　　DSP是軟件實現算法。FPGA是硬件實現算法，所以FPGA的處理速度會更高。FPGA比DSP快的一個重要原因是FPGA可以實現并行運算，而DSP由于硬件結構條件限制，主要還是依靠軟件來提取指令執行，理解為還是串行執行的！

　　ARM、DSP、FPGA、CPLD、SOPC、SOC 之間有什么區別和聯系？

　　2008年06月16日 星期一 下午 08:47

　　arm是一種嵌入式芯片，比單片機功能強，可以針對需要增加外設。類似于通用cpu，但是不包括桌面計算機。

　　DSP主要用來計算，計算功能很強悍，一般嵌入式芯片用來控制，而DSP用來計算，譬如一般手機有一個arm芯片，主要用來跑界面，應用程序，DSP可能有兩個，adsp，mdsp，或一個，主要是加密解密，調制解調等。

　　FPGA和CPLD都是可編程邏輯器件，都可以用VHDL或verilog HDL來編程，一般CPLD使用乘積項技術，粒度粗些；FPGA使用查找表技術，粒度細些，適用觸發器較多的邏輯。其實多數時候都忽略它們的差異，一般在設計ASIC芯片時要用FPGA驗證，然后再把VHDL等程序映射為固定的版圖，制作ASIC芯片，在設計VHDL程序時，有可能要使用C仿真。

　　SOC就是單片系統，主要是器件太多設計復雜，成本高，可靠性差等缺點，所以單片系統是一個發展趨勢。

　　SOPC就是可編程芯片系統，就是可以用FPGA/CPLD實現一個單片系統，譬如altera的Nios軟核處理器嵌入到Stratix中。

　　●FPGA與CPLD的區別

　　系統的比較，與大家共享：

　　盡管ＦＰＧＡ和ＣＰＬＤ都是可編程ＡＳＩＣ器件，有很多共同特點，但由于ＣＰＬＤ和ＦＰＧＡ結構上的差異，具有各自的特點：

　　①ＣＰＬＤ更適合完成各種算法和組合邏輯，ＦＰＧＡ更適合于完成時序邏輯。換句話說，ＦＰＧＡ更適合于觸發器豐富的結構，而ＣＰＬＤ更適合于觸發器有限而乘積項豐富的結構。

　　②ＣＰＬＤ的連續式布線結構決定了它的時序延遲是均勻的和可預測的，而ＦＰＧＡ的分段式布線結構決定了其延遲的不可預測性。

　　③在編程上ＦＰＧＡ比ＣＰＬＤ具有更大的靈活性。ＣＰＬＤ通過修改具有固定內連電路的邏輯功能來編程，ＦＰＧＡ主要通過改變內部連線的布線來編程;ＦＰＧＡ可在邏輯門下編程，而ＣＰＬＤ是在邏輯塊下編程。

　　④ＦＰＧＡ的集成度比ＣＰＬＤ高，具有更復雜的布線結構和邏輯實現。

　　⑤ＣＰＬＤ比ＦＰＧＡ使用起來更方便。ＣＰＬＤ的編程采用Ｅ2ＰＲＯＭ或ＦＡＳＴＦＬＡＳＨ技術，無需外部存儲器芯片，使用簡單。而ＦＰＧＡ的編程信息需存放在外部存儲器上，使用方法復雜。

　　⑥ＣＰＬＤ的速度比ＦＰＧＡ快，并且具有較大的時間可預測性。這是由于ＦＰＧＡ是門級編程，并且ＣＬＢ之間采用分布式互聯，而ＣＰＬＤ是邏輯塊級編程，并且其邏輯塊之間的互聯是集總式的。

　　⑦在編程方式上，ＣＰＬＤ主要是基于Ｅ2ＰＲＯＭ或ＦＬＡＳＨ存儲器編程，編程次數可達1萬次，優點是系統斷電時編程信息也不丟失。ＣＰＬＤ又可分為在編程器上編程和在系統編程兩類。ＦＰＧＡ大部分是基于ＳＲＡＭ編程，編程信息在系統斷電時丟失，每次上電時，需從器件外部將編程數據重新寫入ＳＲＡＭ中。其優點是可以編程任意次，可在工作中快速編程，從而實現板級和系統級的動態配置。

　　⑧ＣＰＬＤ保密性好，ＦＰＧＡ保密性差。

　　⑨一般情況下，ＣＰＬＤ的功耗要比ＦＰＧＡ大，且集成度越高越明顯。

　　隨著復雜可編程邏輯器件（CPLD）密度的提高，數字器件設計人員在進行大型設計時，既靈活又容易，而且產品可以很快進入市場。許多設計人員已經感受到CPLD容易使用、時序可預測和速度高等優點，然而，在過去由于受到CPLD密度的限制，他們只好轉向FPGA和ASIC。現在，設計人員可以體會到密度高達數十萬門的CPLD所帶來的好處。

　　CPLD結構在一個邏輯路徑上采用1至16個乘積項，因而大型復雜設計的運行速度可以預測。因此，原有設計的運行可以預測，也很可靠，而且修改設計也很容易。CPLD在本質上很靈活、時序簡單、路由性能極好，用戶可以改變他們的設計同時保持引腳輸出不變。與FPGA相比，CPLD的I/O更多，尺寸更小。

　　如今，通信系統使用很多標準，必須根據客戶的需要配置設備以支持不同的標準。CPLD可讓設備做出相應的調整以支持多種協議，并隨著標準和協議的演變而改變功能。這為系統設計人員帶來很大的方便，因為在標準尚未完全成熟之前他們就可以著手進行硬件設計，然后再修改代碼以滿足最終標準的要求。CPLD的速度和延遲特性比純軟件方案更好，它的NRE費用低於ASIC，更靈活，產品也可以更快入市。CPLD可編程方案的優點如下：

　　●邏輯和存儲器資源豐富（Cypress Delta39K200的RAM超過480 Kb）

　　●帶冗余路由資源的靈活時序模型

　　●改變引腳輸出很靈活

　　●可以裝在系統上后重新編程

　　●I/O數目多

　　●具有可保證性能的集成存儲器控制邏輯

　　●提供單片CPLD和可編程PHY方案

　　由于有這些優點，設計建模成本低，可在設計過程的任一階段添加設計或改變引腳輸出，可以很快上市。

　　CPLD的結構

　　CPLD是屬於粗粒結構的可編程邏輯器件。它具有豐富的邏輯資源（即邏輯門與寄存器的比例高）和高度靈活的路由資源。CPLD的路由是連接在一起的，而FPGA的路由是分割開的。FPGA可能更靈活，但包括很多跳線，因此速度較CPLD慢。

　　CPLD以群陣列（array of clusters）的形式排列，由水平和垂直路由通道連接起來。這些路由通道把信號送到器件的引腳上或者傳進來，并且把CPLD內部的邏輯群連接起來。

　　之所以稱作粗粒，是因為，與路由數量相比，邏輯群要大得多。CPLD的邏輯群比FPGA的基本單元大得多，因此FPGA是細粒的。

　　CPLD最基本的單元是宏單元。一個宏單元包含一個寄存器（使用多達16個乘積項作為其輸入）及其它有用特性。

　　因為每個宏單元用了16個乘積項，因此設計人員可部署大量的組合邏輯而不用增加額外的路徑。這就是為何CPLD被認為是“邏輯豐富”型的。

　　宏單元以邏輯模塊的形式排列（LB），每個邏輯模塊由16個宏單元組成。宏單元執行一個AND操作，然后一個OR操作以實現組合邏輯。

　　每個邏輯群有8個邏輯模塊，所有邏輯群都連接到同一個可編程互聯矩陣。

　　每個群還包含兩個單端口邏輯群存儲器模塊和一個多端口通道存儲器模塊。前者每模塊有8，192b存儲器，后者包含4，096b專用通信存儲器且可配置為單端口、多端口或帶專用控制邏輯的FIFO。

　　CPLD有什麼好處？

　　I/O數量多

　　CPLD的好處之一是在給定的器件密度上可提供更多的I/O數，有時甚至高達70%。

　　時序模型簡單CPLD優于其它可編程結構之處在于它具有簡單且可預測的時序模型。這種簡單的時序模型主要應歸功于CPLD的粗粒度特性。

　　CPLD可在給定的時間內提供較寬的相等狀態，而與路由無關。這一能力是設計成功的關鍵，不但可加速初始設計工作，而且可加快設計調試過程。

　　粗粒CPLD結構的優點

　　CPLD是粗粒結構，這意味著進出器件的路徑經過較少的開關，相應地延遲也小。因此，與等效的FPGA相比，CPLD可工作在更高的頻率，具有更好的性能。

　　CPLD的另一個好處是其軟件編譯快，因為其易于路由的結構使得布放設計任務更加容易執行。

　　細粒FPGA結構的優點

　　FPGA是細粒結構，這意味著每個單元間存在細粒延遲。如果將少量的邏輯緊密排列在一起，FPGA的速度相當快。然而，隨著設計密度的增加，信號不得不通過許多開關，路由延遲也快速增加，從而削弱了整體性能。CPLD的粗粒結構卻能很好地適應這一設計布局的改變。

　　靈活的輸出引腳

　　CPLD的粗粒結構和時序特性可預測，因此設計人員在設計流程的后期仍可以改變輸出引腳，而時序仍保持不變。

　　新的CPLD封裝

　　CPLD有多種密度和封裝類型，包括單芯片自引導方案。自引導方案在單個封裝內集成了FLASH存儲器和CPLD，無須外部引導單元，從而可降低設計復雜性并節省板空間。在給定的封裝尺寸內，有更高的器件密度共享引腳輸出。這就為設計人員提供了“放大”設計的便利，而無須更改板上的引腳輸出。

　　●arm是一種嵌入式芯片，比單片機功能強，可以針對需要增加外設。類似于通用cpu，但是不包括桌面計算機。

　　DSP主要用來計算，計算功能很強悍，一般嵌入式芯片用來控制，而DSP用來計算，譬如一般手機有一個arm芯片，主要用來跑界面，應用程序，DSP可能有兩個，adsp，mdsp，或一個，主要是加密解密，調制解調等。

　　●ARM其實就是一個知識產權，ARM公司本身不生產芯片，但是向其它公司提供授權。

　　alterA有嵌入ARM內核的SOPC芯片，搜搜應該能搜的到的。

　　如果自己設計一個ARM芯片，顯然是不大可能的，即使設計出來嵌入式芯片，也不能叫ARM。

　　當然用FPGA設計簡單的處理器芯片應該還是有可能的，好象外國大學都有這樣的課程設計，也有很多書籍介紹設計簡單的處理器芯片的。

　　感覺處理器芯片主要就是把指令譯碼，分派給不同的功能部件來執行工作，如果再加上流水線，預測執行以及存儲器、外設等等功能，應該工作量很大的。

　　●其實象工作量特別大的運算，一般還是用FPGA/ASIC來實現的，譬如在手機基帶芯片中，碼片級的運算，一般是用FPGA/ASIC，而比特級的運算，應該用DSP實現的多。