資料介紹
單片機和FPGA的區別,本質是軟件和硬件的區別。
單片機設計屬軟件范疇;它的硬件(單片機芯片)是固定的,通過軟件編程語言描述軟件指令在硬件芯片上的執行;
FPGA設計屬硬件范疇,它的硬件(FPGA)是可編程的,是一個通過硬件描述語言在FPGA芯片上自定義集成電路的過程;
二者最大的區別:單片機(無論哈佛總線結構或者馮諾依曼結構)均為取出指令-》執行,指令是順序執行的(即使是中斷,其發生后的中斷服務程序也是順序執行的);而FPGA(包括CPLD)是基于邏輯門和觸發器的,它是并行執行方式,即當CLOCK上升沿到來時,所有的觸發器都會動作,它沒有取出指令-》執行這種操作,數字電路中所有邏輯門和觸發器(D,SR等)均可以實現,它適合真正意義上的并行任務處理。
1、ASIC原本就是專門為某一項功能開發的專用集成芯片,集成度很低,成本很低,可是夠用了。后來ASIC發展了一些,稱為半定制專用集成電路,相對來說更接近FPGA,甚至在某些地方,ASIC就是個大概念,FPGA屬于ASIC之下的一部分。
2、FPGA基本就是高端的CPLD,數字電路。這種器件是用邏輯門來表述性能的。本身他就是一堆的邏輯門,與非門、或非門、觸發器(可以用與非門形成吧)等基本數字器件,編程決定了有多少器件被使用以及它們之間的連接。通過硬件描述語言把它轉成電路連接,從最基本的邏輯門層面上連接成電路(參見數字電路書上那些全加器觸發器什么的)。應該說,雖然看起來像一塊CPU,其實是完全硬件實現的。它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的,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。 FPGA在抗干擾,速度上有很大優勢。
后來因為寫代碼麻煩,對控制部分比較薄弱,本來跟其他CPU配合使用,即麻煩的算法CPU提交給FPGA,FPGA算完把結果再返回給CPU。可是這樣外圍電路就變得麻煩。
于是提出了SOC設計方法,就是直接在FPGA里寫一個CPU出來,既然FPGA萬能,做個CPU自然毫無壓力。
這其中還有軟核和硬核的區別,不過除了性能,使用方法大同小異。所謂IP核,就是把各種專用集成電路用硬件描述語言描述,然后燒到FPGA里形成專門的電路,這樣就不必另外搭芯片了,所有的電路在一片FPGA里面形成。
3、DSP實際應該稱為DSPs,即用于DSP處理的專用芯片。跟普通計算機的區別一方面是他是哈佛結構的,也就是數據和程序空間分開(普通計算機是馮諾依曼結構)。另一方面他有流水線結構,不過現在其他也有了,見賢思齊。再一方面他有專用的硬件算法電路,用以完成DSP運算,比如最基本的乘法累加。上過DSP的就知道,蝶形算法FFT什么的,拆成最基本單元就是乘法累加,把這部分加速了,整體性能就有非常大的提高。DSP對于流媒體的處理能力遠遠的優于通用CPU。所以你看現在手機CPU,至少語音部分都是用DSP的。后來DSP概念也復雜化,各家都把一個控制核心整合到DSP里面,比如現在的智能手機芯片。可以看一下高通或者TI的片,基本是一個ARM核控制整體運算,一個DSP處理語音編解碼,一個GPU負責圖像運算,一個基帶和天線處理模塊負責通信,再加一些七七八八的東東比如GPS模塊什么的。
4、單片機就是一個百搭的通用CPU,是集成在單一芯片上的微型計算機系統,麻雀雖小可是五臟俱全,也有運算器、控制器、存儲器、總線及輸入輸出設備,采用也是存儲程序執行的方式,對單片機的編程就是對其中的ROM寫入程序,在加電后ROM中的程序會像計算機內存中的程序一樣得到逐條的執行。單片機計算速度和性能有限,但在一些基本控制上搓綽綽有余。
單片機提供各種接口來對整體進行控制,相當一個總調度,當然,簡單的功能一片CPU獨立工作也就完成了。原來的51系列就是一堆IO口,后來慢慢的把常用的PWM,AD之類的功能加入了單片機。主要包括用了無數年仍然牛逼各大學必教的51系列,還有AVR,PIC,ARM,HOTEK……其實ARM9以后,已經說不清ARM算哪類了,目前的架構來看,更接近DSP。
單片機和嵌入式通過主函數或者操作系統來實現任務調度的途徑來響應各種外部條件觸發,并通過軟件輸出相應的狀態來實現電子系統的正常工作。FPGA是通過純硬件來實現各種激勵的相應的。
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