arm dsp fpga区别及应用介绍_天平_新浪博客

ARM (Advanced RISC(精简指令集计算机) Machines)是微处理器行业的一家xxxx,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{dy}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 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 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xx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,而且它的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{zg}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{zj0}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: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。

 

ARM应用领域

 

  到目前为止,ARM及技术的应用已经深入到各个领域。

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  1.嵌入式控制

  作为32位的RISC架构,基于ARM核的不但占据了xx微控制器市场的大部分市场份额,同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展,ARM微控制器的低功耗、高xxx,向传统的8位/提出了挑战。

  ARM的嵌入式控制应用如:汽车、设备、保安设备、大容量、调制、等。一个典型的ARM嵌入式工业的功能模块如图1所示。

ARM嵌入式工业控制系统的功能模块

  图1 ARM嵌入式工业控制系统的功能模块

  2.无线通信、便携式产品

  目前已有超过85%的无线通信设备采用了ARM技术,ARM以其高性能和低成本,在该领域的地位日益巩固。ARM在此方面的应用如:手提式计算机、移动电话、PDA等。

  3.网络应用

  随着宽带技术的推广,采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外,ARM在语音及视频处理上进行了优化,并获得广泛支持,也对的应用领域提出了挑战。

  4.数字消费产品

  ARM技术在目前流行的数字音频、数字、游戏机、、数字式电视机、、机顶盒中得到广泛采用。现在流行的数码和打印机中绝大部分采用ARM技术,中的32位SIM也采用了ARM技术。

  如图2所示是基于ARM技术的数码相机的功能模块。

基于ARM技术的数码相机的功能模块

  图2 基于ARM技术的数码相机的功能模块

  在图2中使用ADO(-to-Digital Converter,模数)把来自转换器(将真实世界的图像转换为模拟信号)的视频信号转换成数字格式,由ARM及其相关的控制和编码电路完成信号的处理过程。其他外围设备包括CCD(Charge-Coupled ,电荷件)和电路,通过主机接口将数字视频信号输出到桌面计算机上。能够拍摄静止画面和动态图像的数码相机是非常xx的嵌入式系统,它包括自动调焦、自动曝光、自动打开和关闭等功能。

 

现代数字信号处理器是执行高速数字信号处理的IC电路、它恰好适应多媒体信息化社会需求,迅速发展壮大。如今,世界电子器件市上,各种各样的DSP器件已相当丰富。大大小小封装形式的DSP器件,已广泛应用于各种产品的生产领域,而且DSP的应用领域仍在不断地扩大,发展迅速异常。

   一、数字化移动电话

  数字化移动电话尽管花样繁杂,但基本上可划为两大类:高速移动电话和低速移动电话。其中,高速移动电话顾名思义是在高速移动体里使用的电话,诸如可在飞机、轮船和汽车等里自由通话的电话。虽然数字化高速移动通过标准很多,但当今普遍应用的是欧洲GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)标准。自从推出数字化蜂窝式电话机以来,现已遍布全球70多个国家广泛应用。俗称GSM标准的数字化蜂窝电话,叫作数字化大哥大,它具备国际漫游(Roaming)功能,SIMC(SubscriberIdentificationModuleCard)给用户带来使用大哥大的方便。现正在扩展数据通信服务能力以及它与ISDN系统兼容性,例如,英国BT公司的Cellnet部已经利用GSM提供数字化数据和传真服务,于是东芝笔记本电脑也安上了数字化的大哥大。

  所谓低速移动电话,当然在高速移动体里xx不能应用,然而在步行速度下却很好用,价格远比数字化大哥大便宜,因此称为穷人的大哥大。低速移动电话就其实质而论。它是数字化无绳电话,仍然保持模拟式无绳电话的子母式结构:子机亦称为手机,可以距母机为百米左右半径内的空间里自由步行移动情况下实现通过话;母机也称为基地站,可作为家庭里的留守电话,也可悬挂在商店的墙壁上,街道的电线柱上,广为分布。由统一的交换设施进行管理,实现无缝交递(SeamlessHandOn)功能。这类低速移动电话式标准很多。例如,欧洲较为普遍应用的DECI(DigitalEuropeanCordlessTelecommunictaion),日本、南韩东南亚应用的PHS(PersonalHandy-phoneSystem)以及Philips和我国联合开发的DCCT(DigitalChinaCordlessTelephone)。其中,尤以PHS和DECT制式低速移动电话发展较快,我国的DCCT由于缺乏关键性的DSP技术仍处于设计阶段。

  数字化移动电话(包括高速和低速)的每个手机,都要用至少1个DSP器,因此,高速发展的数字化移动电话急需极为大量的DSP器件。

         二、数据调制解调器

 

  从所周知,数字信号处理器的传统应用领域之一,就是调制解调器。如今,调制解调器作为联系通信与多媒体信息处理系统的纽带,日益受到重视。特别是近年来Internet热潮,方兴未艾,普通百姓在Internet上冲浪蔚然成风。利用PC机通过调制解调器经由电话线路,实现拨号连接Internet已是最简便的访问形式。由于Internet用户急剧增加,一度致使28.8Kbps的调制解调器成为市场上的脱销产品。特别是由PC机上利用浏览程序调用活动图像信息时,期望使用数据传送速度更高的调制解调器。为适应这种新需求,国际上已制订出高速(33.6Kbps)调制解调器国际标准。这就意味,在高速调制解调器里需要更高性能的DSP器件。这种33.6Kbps的调制解调器(V.34)

是为传送数据而设计的,在此基础上发展出DSVD调制解调器,它既可传送数据又可传送声音。无疑,这样一来将需要更高功能的DSP器件。

  随着高性能调制解调器不断出现,似乎低速的调制解调器如像V.17(14.4Kbps)再也没有用武之地。事实上,刚刚相反,如今信息家电抬头,例如PHS母机留守电话与个人FAX一体化的产品大量上市。这就是说,V.17(14.4Kbps)型的调制解调器仍有市场。于是,各种调制解调器里要求的DSP也是多种多样的。

  三、磁盘/光盘控制器需求

  随着多媒体信息化的发展,各种信息存储媒体产品都应运而生,诸如磁盘存储器、CD-ROM和DVD(DigitalVersatileDisk)-ROM新产品纷纷上市。今日的磁盘驱动器HDD,存储容量已相当可观,大型HDD姑且不谈,就连普通PC机的HDD的存储容量已高在1GB以上,详见照片4。小型HDD向高密度、高存储容量和高速存取方向发展,其控制器必须具备高精度和高速响应特性,它所用的DSP性能也是今非昔比,高速DSP是必不可少的关键性器件。

  日本的HDD技术不能超过美国,于是把主攻方向集中到光盘技术,在1996年日本第35届ElectronicsShow'96上,终于把DVD-ROM产品公布于众。而且,日本并不以此为满足,志在夺取可擦写的DVD-RAM。仅就DVD-ROM而论,单面1片12cm盘片记录4.7GB信息量,相当于直径12cm的软盘FD片3200张之多,比CD-ROM存储容量高出6倍。如此高密度的DVD-ROM,读出控制的精细程度可想而知。

  HDD和光盘机的控制器里之所以必须利用高速DSP,主要是利用其高速“积和”处理能力。因为,盘片旋转控制、磁头定位控制和光盘中的激光束聚焦控制,都是采数字伺服与系统控制技术。这是现在控制技术,建立在数学模型基础之上。通过复杂的矩阵运算实现控制。没有高速运算的DSP,是{jd1}不行的。

   四、图形图像处理需求

  DVD里应用的活动图像压缩/解压缩用MPEG2编码/译码器,同时也广泛地应用于视频点播VOD、高品位有线电视和卫星广播等诸多领域。在这些领域里,应用的DSP应该具备更高的处理速度和功能。而且,活动图像压缩/解压技术也日新月异,例如,DCT变换域编码很难提高压缩比与重构图像质量,于是出现了对以视觉感知特性为指导的小波分析图像压缩方法。新的算法出现,要求相应的高性能DSP。最近,日本各大学和高技术企业对于开发虚拟现实VR系统,投入相当力量,利用现代计算机图像学CG生成3维图形,迫切需要多个DSP并行处理系统。其中,系统里的结点DSP单元,要求采用与并行处理相适应的体系结构。

  彩色静止图像压缩/解压,现在普遍应用JPEG标准,其核心算法也是离散余弦变换。JPEG编码/译码器的应用,除了数字化照像机之外,估计彩色打印机和彩色扫描器也将要应用。因此,对于普通DSP的用量,必将日益增长。

   五、汽车电子系统及其它应用领域

  汽车电子系统日益兴旺发达起来,诸如装设红外线和毫米波雷达,将需用DSP进行分析。如今,汽车愈来愈多,防冲撞系统已成为研究热点。而且,利用摄像机拍摄的图像数据需要经过DSP处理,才能在驾驶系统里显示出来,供驾驶人员参考。

  应用DSP的领域可以说是不胜枚举,电视会议系统里,也大量应用DSP器件。视听机器里也都应用DSP。随着科学技术的发展,将会出现许许多多的DSP新应用领域。

 

 

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