单片机与嵌入式 以及ARM DSP FPGA 几个概念的理解
嵌入式设备一般要满足实时性的要求,而实时性是要求数据输入和输出的延时满足一定的要求。当然嵌入式一般都便携性都比PC要好,功能没有PC多,PC是通用,他是专用,一般只专注某些功能的实现,比如DSP专注数字信号处理。个人觉得单片机和DSP差别不太大,DSP的结构更加适合做算术运算。FPGA基本就是个门结构了,面向硬件直接编,程弹性很大,如果单片机和DSP置位硬件的方式是通过打时序或者修改寄存器宏单元,那FPGA就是直接用一个个逻辑与或门去打接硬件电路, 编程是并行的,不带MCU但是你可以找IP核去加载上。ARM是个架构吧,跑ARM好像必须上操作系统,单片机和DSP都有自己的精简指令集,不加操作系统也可以跑。 当然以上都是一家之言,欢迎大家交流指正。
以上各位都说了一部分,但是又不太全。我也来说一下自己的理解。
首先,“嵌入式”这是个概念,准确的定义没有,各个书上都有各自的定义。但是主要思想是一样的,就是相比较PC机这种通用系统来说,嵌入式系统是个专用系统,结构精简,在硬件和软件上都只保留需要的部分,而将不需要的部分裁去。所以嵌入式系统一般都具有便携、低功耗、性能单一等特性。
然后,MCU、DSP、FPGA这些都属于嵌入式系统的范畴,是为了实现某一目的而使用的工具。
MCU经过这么多年的发展,早已不单单只有普林斯顿结构的51了,性能也已得到了很大的提升。因为MCU必须顺序执行程序,所以适于做控制,较多地应用于工业。而ARM本是一家专门设计MCU的公司,由于技术先进加上策略得当,这两年独霸单片机市场。ARM的单片机有很多种类,从低端M0(小家电)到高端A8、A9(手机、平板电脑)都很吃香,所以也不是ARM的单片机一定要上系统,关键看应用场合。
DSP叫做数字信号处理器,它的结构与MCU不同,加快了运算速度,突出了运算能力。可以把它看成一个超级快的MCU。低端的DSP,如C2000系列,主要是用在电机控制上,不过TI公司好像称其为DSC(数字信号控制器)一个介于MCU和DSP之间的东西。高端的DSP,如C5000/C6000系列,一般都是做视频图像处理和通信设备这些需要大量运算的地方。
FPGA叫做现场可编程逻辑阵列,本身没有什么功能,就像一张白纸,想要它有什么功能完全靠编程人员设计。如果你够NB,你可以把它变成MCU,也可以变成DSP。由于MCU和DSP的内部结构都是设计好的,所以只能通过软件编程来进行顺序处理,而FPGA则可以并行处理和顺序处理,所以比较而言速度最快。
那么为什么MCU、DSP和FPGA会同时存在呢?那是因为MCU、DSP的内部结构都是由IC设计人员精心设计的,在完成相同功能时功耗和价钱都比FPGA要低的多。而且FPGA的开发本身就比较复杂,完成相同功能耗费的人力财力也要多。所以三者之间各有各的长处,各有各的用武之地。但是目前三者之间已经有融合的态势,ARM的M4系列里多加了一个精简的DSP核,TI的达芬奇系列本身就是ARM+DSP结构,ALTERA和XINLIX新推出的FPGA都包含了ARM的核在里面。所以三者之间的关系是越来越像三基色的三个圆了。
一句话以蔽之“你中有我,我中有你”。
单片机:通常无操作系统,用于简单的控制,如电梯,空调等。
dsp:用于复杂的计算,像离散余弦变换、快速傅里叶变换,常用于图像处理,在数码相机等设备中使用。
arm:一个英国的芯片设计公司,但是不生产芯片。只卖知识产权。
fpga:现场可编程门阵列,以硬件描述语言(Verilog 或 VHDL)所完成的电路设计,可以经过简单的综合与布局,快速的烧录至 FPGA 上进行测试,是现代 IC 设计验证的技术主流。
嵌入式:是相对于台式电脑而言,系统可裁剪,形态各异,可能体积、功耗、成本受限、实时性要求高,如示波器,手机,平板电脑,全自动洗衣机,路由器、数码相机,这些设备中,虽然看不到台式机的存在,但是都有一个或多个嵌入式系统在工作。
单片机通指8位、16位、32位CPU含常用外围设备如RAM、Timer、AD、UART等通信接口的控制器MCU,一般主频在100M以下,有几十个厂家生产,型号数万种。
DSP也是一种单片机,但是在数据吞吐量和运算能力上有加强,特别的对于Digital Signal Process的算法有特效(所以叫DSP~),厂家不如通用单片机厂家那么多,技术难度高点呗~
FPGA是一种可编程的硬件电路,说白了就是逻辑门和触发器等基本数字电路器件通过编程的方法组合,当然你也可以自己组合成CPU、单片机,这叫软核。
嵌入式,指的范围比较广,我觉得一般指基于OS(winCE、linux、vxworks等)的嵌入式计算机系统。
http://emuch.net/html/201204/4372696.html
http://www.paper56.com/article-1445.html
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