本帖最后由 dongguo100 于 2024-8-26 22:03 编辑
自从电子技术发展多年以来，出现了CPU、DSP和FPGA三种器件，CPU、DSP和FPGA都有各自的擅长领域，很多新人对这三个器件到底有啥区别，到底应该学习哪个有点懵。为此，阿东整理了三个器件的差别，以及给出一些建议到底应该学习哪个。 首先，我们来了解下CPU： CPU架构上一般都是基于指令流水线，从存储器中进行指令的读取，指令的解析，指令的执行这样的流程。因此，在了解CPU之前，我们需要去了解CPU的指令集，再去了解指令的具体执行方式，然后针对具体的芯片了解其外围电路。 指令集： 目前常用的指令集主要分为两种，一个是复杂指令集(CISC)，另一个是精简指令集(RISC)。其中复杂指令集是早期intel使用的指令集，即使到现在，大部分的PC中使用的依然是复杂指令集。预期相对的是精简指令集，业界普遍认为精简指令集具有较高的执行效率。 CPU一般包括几种： 1、单片机（也叫微处理器），比如早期的intel 8051单片机，近几年比较火的ST的STM32单片机。 2、通用CPU，比如intel和AMD的台式机CPU。 3、高性能ARM CPU，比如ARM Coretex A53/57内核，一般用在手机或者手持设备中。 4、RISC-V处理器，近期RISC-V比较火，优势是开源且高性能，吸引了国内外很多家公司在研究。 ARM目前还是占了很大的市场份额，设置很多人常常使用ARM代替CPU，下面单独说下ARM： ARM设计了大量的高性能、廉价、功耗低的RISC处理器，相关的技术以及软件。ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器，它能够提供一系列的内核，体系扩展，微处理器和系统芯片方案，这四个功能模块可供生产商根据不同的用户要求来配置生产。ARM是32位单片机，其内部的硬件资源性能较高，可以加载操作系统是其主要特点，加载操作系统之后，可以向PC一样进行多任务的实时处理，不会相互影响。 其次，我们来了解下DSP： DSP通常负责数字信号(视频、音频和其他的传感器获得的数字信号)处理，在日常生活中，常见的数字电视机机顶盒、MP3、MP4和光模块等都广泛使用了DSP。由于设计的专一化，DSP可以在较低的成本下，执行比较复杂的编解码信号处理工作。 DSP其实是一种独特的CPU，只是拥有自己的完整指令系统，是可以处理大量数字信号的器件。最大的特点就是DSP内部有专门的硬件乘法器和哈佛总线结构，对大量的数字信号处理速度比较快。DSP处理器包括有控制单元、运算单元、各种存储器、以及一定数量的存储单元，并能够与一定数量的外部设备互相通信。DSP采用的是哈佛设计，数据总线与地址总线分开，这样程序和数据能够分别存储在两块独立的空间中，允许取指令与执行指令完全重叠，就是说在CPU在执行上一条指令的同时也取出了下一条指令，并完成了译码工作，提高微处理器的执行速率。此外还允许在程序空间和数据空间进行数据传输，增加器件的灵活性，具体的工作原理是将接收到的模拟信号转换成01的数字信号，再对数据信号进行修改、删除、强化等工作，最终在其他芯片中吧数字信号解读回实际环境需要的格式，运行速度可以达到每秒千万调复杂的指令，其主要特点如下： - 在一个指令周期内可以完成一次乘法和加法运算
- 程序和数据分开，同时访问指令和数据
- 片内具有快速RAM，通常能够通过独立的数据总线在两块中同时访问
- 具有低开销或无开销循环以及跳转指令的硬件支持
- 快速的中断处理以及硬件IO支持
- 能够在单周期内操作多个硬件地址产生器
- 可以并行执行多个操作
- 支持pipeline操作，取值译码和执行操作可以同时执行
最后，我们来了解下FPGA： FPGA是(Field ProgrammableGate 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（ConfigurableLogic Block）、输出输入模块IOB（InputOutput 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、可靠性的最佳选择之一。 区别 CPU具有比较强的事务管理功能，可以用来跑UI以及应用程序，CPU优点主要在于擅长控制。 DSP主要是来做计算，例如加解密算法，调制解调等，其优势是强大的数据处理能力和较高的运行速度。 FPGA主要使用Verilog进行编程，灵活性强，并行处理度高，可编程，可以做到很高的带宽处理。 新人应该学习哪个？ 阿东觉得，新人可以先学习单片机，然后再学习FPGA。DSP目前涉及领域比较窄，不建议单独学习。当然，如果您是致力于IC设计、FPGA设计，是完全可以只学习FPGA的，正点原子提供的资料都是可以从零基础学习的。
| 
/2 
|手机版|OpenEdv-开源电子网
( 粤ICP备12000418号-1 )
发表于 2023-3-8 11:56:55
发表于 2023-3-8 14:39:35
