FPGA和ASIC、DSP及ARM有什么不一樣有哪些應(yīng)用優(yōu)勢VIP

FPGA和ASIC、DSP及ARM有什么不一樣，有哪些應(yīng)用優(yōu)勢1、ASIC、DSP及ARM的特點(diǎn)ASIC是ApplicationSpecificIntegratedCircuit的英文縮寫，是一種為專門目的而設(shè)計(jì)的集成電路。ASIC設(shè)計(jì)主要有全定制（full-custom）設(shè)計(jì)方法和半定制（semi-custom）設(shè)計(jì)方法。半定制設(shè)計(jì)又可分為門陣列設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)、可編程邏輯設(shè)計(jì)等等。全定制方法是完全由設(shè)計(jì)師根據(jù)工藝，以盡可能高的速度和盡可能小的面積以及完全滿意的封裝、獨(dú)立地進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)。這種方法雖然靈活性高，而且可以達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)性能，但是需要花費(fèi)大量的時(shí)間與人力來進(jìn)行人工的布局布線，而且一旦需要修改內(nèi)部設(shè)計(jì)，將不得不影響到其它部分的布局。所以，它的設(shè)計(jì)成本相對較高，適合于大批量的ASIC芯片設(shè)計(jì)，如存儲芯片的設(shè)計(jì)等等。相比之下，半定制方法是一種基于庫元件的約束性設(shè)計(jì)。約束的主要目的是簡化設(shè)計(jì)、縮短設(shè)計(jì)周期，并提高芯片的成品率。它更多地利用了EDA系統(tǒng)來完成布局布線等工作，可以大大地減少設(shè)計(jì)工程師的工作量，因此它比較適合于小規(guī)模設(shè)計(jì)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)。DSP（DigitalSingnalProcessor，數(shù)字信號處理器）是一種獨(dú)特的微處理器，有自己的完整指令系統(tǒng)，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。一個(gè)數(shù)字信號處理器芯片內(nèi)包括有控制單元、運(yùn)算單元、各種寄存器以及一定數(shù)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(shù)量的外部設(shè)備互相通信，有軟、硬件的全面功能，本身就是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)。DSP采用的是哈佛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即數(shù)據(jù)總線和地址總線分開，使程序和數(shù)據(jù)分別存儲在兩個(gè)分開的空間，允許取指令和執(zhí)行指令完全重疊。也就是說在執(zhí)行上一條指令的同時(shí)就可取出下一條指令，并進(jìn)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(shù)據(jù)空間之間進(jìn)行傳輸，因?yàn)樵黾恿似骷撵`活性。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為“0”或“1”的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。由于它運(yùn)算能力很強(qiáng)，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(fù)雜的應(yīng)用提供了一條有效途徑。當(dāng)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。ARM（AdvancedRISCMachines/microprocessor）嵌入式處理器是一種32位高性能、低功耗的RISC（ReducedInstructionSetComputing，精簡指令集）芯片，它由英國ARM公司設(shè)計(jì)，世界上幾乎所有的主要半導(dǎo)體廠商都生產(chǎn)基于ARM體系結(jié)構(gòu)的通用芯片，或在其專用芯片中嵌入ARM的相關(guān)技術(shù)，如TI、Motorola、Intel、Atmel、Samsung、Philips、Altera、Nec、Sharp、NS等公司都有相應(yīng)的產(chǎn)品。ARM只是一個(gè)核，ARM公司自己不生產(chǎn)芯片，采用授權(quán)方式給半導(dǎo)體生產(chǎn)商。目前，全球幾乎所有的半導(dǎo)體廠家都向ARM公司購買了各種ARM核，配上多種不同的控制器（如LCD控制器、SDRAM控制器、DMA控制器等）和外設(shè)、接口，生產(chǎn)各種基于ARM核的芯片。目前，基于ARM核的各種處理器型號有好幾百種，在國內(nèi)市場上，常見的有ST、TI、NXP、Atmel、Samsung、OKI、Sharp、Hynix、Crystal等廠家的芯片。用戶可以根據(jù)各自的應(yīng)用需求，從性能、功能等方面考察，在許多具體型號中選擇最合適的芯片來設(shè)計(jì)自己的應(yīng)用系統(tǒng)。由于ARM核采用向上兼容的指令系統(tǒng)，用戶開發(fā)的軟件可以非常方便地移植到更高的ARM平臺。ARM微處理器一般都具有體積小、功耗低、成本低、性能高、速度快的特點(diǎn)，目前ARM芯片廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、無線通信、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、安全產(chǎn)品等領(lǐng)域，如交換機(jī)、路由器、數(shù)控設(shè)備、機(jī)頂盒、STB及智能卡都采用了ARM技術(shù)，并在將來取得更廣泛的應(yīng)用。2、FPGA的特點(diǎn)及優(yōu)勢FPGA是英文FieldProgrammableGateArray（現(xiàn)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(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)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（LogicCellArray）這樣一個(gè)新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（ConfigurableLogicBlock）、輸出輸入模塊IOB（InputOutputBlock）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個(gè)部分。用戶可對FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實(shí)現(xiàn)用戶的邏輯。它還具有靜態(tài)可重復(fù)編程和動態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)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(lǐng)域中的一種半定制電路，F(xiàn)PGA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(shù)有限的缺點(diǎn)?？梢院敛豢鋸埖闹v，F(xiàn)PGA能完成任何數(shù)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(shí)現(xiàn)。FPGA如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)。通過軟件仿真，我們可以事先驗(yàn)證設(shè)計(jì)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(shí)修改設(shè)計(jì)而不必改動硬件電路。使用FPGA來開發(fā)數(shù)字電路，可以大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少PCB面積，提高系統(tǒng)的可靠性。FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此工作時(shí)需要對片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時(shí)，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進(jìn)入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)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(dāng)需要修改FPGA功能時(shí)，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活?？梢哉f，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)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。3、他們的區(qū)別是什么呢？DSP主要是用來計(jì)算的，比如進(jìn)行加密解密、調(diào)制解調(diào)等，優(yōu)勢是強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和較高的運(yùn)行速度。ARM具有比較強(qiáng)的事務(wù)管理功能，可以用來跑界面以及應(yīng)用程序等，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在控制方面，而FPGA可以用VHDL或verilogHDL來編程，靈活性強(qiáng)，由于能夠進(jìn)行編程、除錯(cuò)、再編程和重復(fù)操作，因此可以充分地進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)和驗(yàn)證。當(dāng)電路有少量改動時(shí)，更能顯示出FPGA的優(yōu)勢，其現(xiàn)場編程能力可以延長產(chǎn)品在市場上的壽命，而這種能力可以用來進(jìn)行系統(tǒng)升級或除錯(cuò)。任何信號處理器件性能的鑒定必須包括衡量該器件是否能在指定的時(shí)間內(nèi)完成所需的功能。這類評估中一種最基本的測量方法就是1024點(diǎn)快速傅立葉變換（FFT）處理時(shí)間的測量。考慮一個(gè)具有16個(gè)抽頭的簡單FIR濾波器。該濾波器要求在每次采樣中完成16次乘積和累加（MAC）操作。德州儀器公司的TMS320C6203DSP具有300MHz的時(shí)鐘頻率，在合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，每秒可完成大約4億至5億次MAC操作。這意味著C6203系列器件的FIR濾波具有最大為每秒3100萬次采樣的輸入速率。但在FPGA中，所有16次MAC操作均可并行執(zhí)行。對于XILINX的Virtex器件，16位MAC操作大約需要配置160個(gè)結(jié)構(gòu)可重置的邏輯塊（CLB），因此16個(gè)并發(fā)MAC操作的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)將需要大約2560個(gè)CLB。XCV300E可輕松地實(shí)現(xiàn)上述配置，并允許FIR濾波器工作在每秒1億個(gè)樣本的輸入采樣速率下。目前，無線通信技術(shù)的發(fā)展十分迅速，無線通信技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)之一是軟件無線電技術(shù)，而數(shù)字信號處理技術(shù)無疑是實(shí)現(xiàn)軟件無線電技術(shù)的基礎(chǔ)。無線通信一方面正向語音和數(shù)據(jù)綜合的方向發(fā)展。另一方面，在手持PDA產(chǎn)品中越來越多地需要綜合移動技術(shù)。這一要求對應(yīng)用于無線通信中的FPGA芯片提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，其中最重要的三個(gè)方面是功耗、性能和成本。為適應(yīng)無線通信的發(fā)展需要，F(xiàn)PGA系統(tǒng)芯片（SystemOnaChip，SOC）的概念、技術(shù)、芯片應(yīng)運(yùn)而生。利用系統(tǒng)芯片技術(shù)將盡可能多的功能集成在一片F(xiàn)PGA芯片上，使其性能上具有速率高、功耗低的特點(diǎn)，不僅價(jià)格低廉，還可以降低復(fù)雜性，便于使用。實(shí)際上，F(xiàn)PGA器件的功能早已超越了傳統(tǒng)意義上的膠合邏輯功能。隨著各種技術(shù)的相互融合，為了同時(shí)滿足運(yùn)算速度、復(fù)雜度，以及降低開發(fā)難度的需求，目前在數(shù)字信號處理領(lǐng)域及嵌入式技術(shù)領(lǐng)域，F(xiàn)PGA加CPU的配置模式已浮出水面，并逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)的配置模式。ARM具有比較強(qiáng)的事務(wù)管理功能，可以用來跑界面以及應(yīng)用程序等，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在控制方面，而DSP主要是用來計(jì)算的，比如進(jìn)行加密解密、調(diào)制解調(diào)等，優(yōu)勢是強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和較高的運(yùn)行速度。FPGA可以用VHDL或verilogHDL來編程，靈活性強(qiáng)，由于能夠進(jìn)行編程、除錯(cuò)、再編程和重復(fù)操作，因此可以充分地進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)和驗(yàn)證。當(dāng)電路有少量改動時(shí)，更能顯示出FPGA的優(yōu)勢，其現(xiàn)場編程能力可以延長產(chǎn)品在市場上的壽命，而這種能力可以用來進(jìn)行系統(tǒng)升級或除錯(cuò)。廣義的嵌入式