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刘军玩彩实战:CPLD、FPGA、DSP的聯系和區別?

作者:時間:2018-07-11來源:網絡收藏

全网返利最高的微信号 www.ihqrd.com   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也是單片機。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??榭曬┥談薟煌沒У囊罄磁渲蒙?。

本文引用地址://www.ihqrd.com/article/201807/383059.htm


CPLD、FPGA、DSP的聯系與區別


  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。

  (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。

  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。


CPLD、FPGA、DSP的聯系與區別


  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。根據數字信號處理的要求,芯片一般具有如下主要特點:

  (1)在一個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,可以同時訪問指令和數據;

  (3)片內具有快速RAM,通??賞ü懶⒌氖葑芟咴諏嬌櫓型狽夢?

  (4)具有低開銷或無開銷循環及跳轉的硬件支持;

  (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硬件地址產生器;

  (7)可以并行執行多個操作;

  (8)支持流水線操作,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。

  (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。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??镃LB(Configurable Logic Block)、輸出輸入??镮OB(Input Output Block)和內部連線(Interconnect)三個部分。

  用戶可對內部的邏輯??楹虸/O??櫓匭屢渲?,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??梢院斂豢湔諾慕?,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??梢運?,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。

  那么它們的區別有哪些呢?

  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。

  作為Processor,這幾種器件有什么有優缺點。

  其實C51,ARM,DSP都不是單獨作為芯片來提供給用戶的,都要加一些外圍電路來支持。

  例如:memory controller,interrupt controller,timer,UART,SPI,I2C等等。

  所以要比較最好從processor的角度來比較他們。

  (1). C51是8位的;ARM是32位的;DSP有16位的,也有更高的。

  (2).所有說從運算能力上看,C51最弱,DSP最強,ARM居中。

  (3).結構差別較大,C51最簡單,是一般的馮諾伊曼結構;ARM9以上是哈佛結構的RISC;DSP一般使用哈佛結構。

  (4).C51一般芯片面積非常小,工作頻率很低(一般是10多MHz,有的是24MHz),所以功耗低。DSP則頻率很高(高的達到300MHz以上),所以功耗大。ARM芯片面積也很小,ARM7是0.55平方毫米,功耗也比較小。頻率大約在(幾十到200MHz之間)

  (5).所以一般C51主要應用于不需要太多計算量的控制類系統。一般配有豐富的外圍module。DSP則主要應用于需要進行復雜計算的高端系統,例如圖像處理,加密解密,導航系統等,外圍module一般較少。ARM是C51和DSP之間的一個折衷。

  (6).強調一點:C51的性能遠不如ARM和DSP,但仍然占據重要的一席之地,原因就是性能價格比。因為它太成熟了,太小了,太便宜了。而在一些需要復雜計算的領域,DSP也不可或缺。ARM的成功就是他找到了一個折衷點,并且建立了一個非常靈活的商業模型。

  (Complex Programmable Logic Device)復雜可編程邏輯器件, 是從PAL和GAL器件發展出來的器件,相對而言規模大,結構復雜,屬于大規模集成電路范圍。是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。 其基本設計方法是借助集成開發軟件平臺,用原理圖、硬件描述語言等方法,生成相應的目標文件,通過下載電纜(“在系統”編程)將代碼傳送到目標芯片中,實 現設計的數字系統.

  FPGA和的區別

  FPGA與 的辨別和分類主要是根據其結構特點和工作原理。通常的分類方法是:將以乘積項結構方式構成邏輯行為的器件稱為CPLD,如Lattice的 ispLSI系列、Xilinx的XC9500系列、Altera的MAX7000S系列和Lattice(原Vantis)的Mach系列等。

  將以查表法結構方式構成邏輯行為的器件稱為FPGA,如Xilinx的SPARTAN系列、Altera的FLEX10K或ACEX1K系列等。

  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:

 ?、貱PLD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?;瘓浠八?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。

 ?、贑PLD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。

 ?、墼詒喑躺螰PGA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。

 ?、蹻PGA的集成度比CPLD高,具有更復雜的布線結構和邏輯實現。

 ?、軨PLD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。

 ?、轈PLD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。

 ?、咴詒喑譚絞繳?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。

 ?、郈PLD保密性好,FPGA保密性差。

 ?、嵋話闈榭魷?CPLD的功耗要比FPGA大,且集成度越高越明顯。



關鍵詞: CPLD FPGA DSP

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