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全面解析FPGA與DSP,兩者區(qū)別竟然這么大

作者: 時間:2017-06-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

PGA是一種可編程的硅芯片,是數(shù)字信號處理,當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計人員在項目的架構(gòu)設(shè)計階段就面臨到底采用還是的重要問題。本文將首先分別介紹的特點,然后再從內(nèi)部資源、編程語言、功能多個角度解析兩者的不同。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201706/348641.htm

1、與DSP的特點

FPAG的結(jié)構(gòu)特點

片內(nèi)有大量的邏輯門和觸發(fā)器,多為查找表結(jié)構(gòu),實現(xiàn)工藝多為SRAM。規(guī)模大,集成度高,處理速度快,執(zhí)行效率高。能完成復(fù)雜的時序邏輯設(shè)計,且編程靈活,方便,簡單,可多次重復(fù)編程。許多FPAG可無限重復(fù)編程。利用重新配置可減少硬件的開銷。缺點是:掉電后一般會丟失原有邏輯配置;時序難規(guī)劃;不能處理多事件;不適合條件操作。

DSP的結(jié)構(gòu)特點

1、 采用數(shù)據(jù)和程序分離的哈佛結(jié)構(gòu)和改進的哈佛結(jié)構(gòu),執(zhí)行指令速度更快。

2、 采用流水線技術(shù),減少每條指令執(zhí)行時間。

3、 片內(nèi)多總線,可同時進行取指及多個數(shù)據(jù)存取操作。

4、 獨立的累加器及加法器,一個周期內(nèi)可同時完成相乘及累加運算。

5、 有DMA通道控制器及串行通信口等,便于數(shù)據(jù)傳送。

6、 有中斷處理器及定時控制器,便于構(gòu)成小規(guī)模系統(tǒng)。

7、 具有軟硬件等待功能,能與各種存儲器接口。

DSP作為專門的微處理器,主要用于計算,優(yōu)勢是軟件的靈活性。適用于條件進程,特別是復(fù)雜的多算法任務(wù)。DSP通過匯編或高級語言(如C語言)進行編程,實時實現(xiàn)方案。因此,采用DSP器件的優(yōu)勢在于:軟件更新速度快,極大地提高了系統(tǒng)的可靠性、通用性、可更換性和靈活性。缺點:受到串行指令流的限制;超過幾MHZ的取樣率,一個DSP 僅能完成對數(shù)據(jù)非常簡單的運算;研發(fā)周期長。

2、內(nèi)部資源

FPGA側(cè)重于設(shè)計具有某個功能的硬件電路,內(nèi)部資源是VersaTIles(ActelFPGA)之類的微小單元,F(xiàn)PGA的內(nèi)部單元初始在編程前都是使用的是HDL語言實現(xiàn)硬件電路的設(shè)計描述。FPGA內(nèi)部的連線資源將這些功能模塊的內(nèi)部和模塊之間的信號連接起來,構(gòu)成較大的模塊。FPGA可以內(nèi)部實現(xiàn)ALU,加法器,乘法器,累加器,F(xiàn)IFO,SRAM,DDRcontroller,F(xiàn)FT,HDLC,DMA,PWM等等數(shù)字電路,也就說我們要用其實現(xiàn)一個特定的或是通用的硬件功能一個或是多個模塊,這些模塊的各個細節(jié)都要要用HDL來描述設(shè)計實現(xiàn)。

目前的FPGA都可以直接內(nèi)嵌諸如ARM7,CoretexM1,Core8051等微處理器,用于FPGA的軟核的,也有的FPGA廠商將一些硬件模塊直接做到FPGA中,這些是FPGA內(nèi)部的硬核。傳統(tǒng)的FPGA都是實現(xiàn)純數(shù)字電路的,業(yè)界只有Actel的FPGA實現(xiàn)了數(shù)?;旌系腜SC單芯片技術(shù),真正的提升和擴大了FPGA的應(yīng)用功能和領(lǐng)域。

此外,多數(shù)FPGA都有PLL,DLL之類的鎖相環(huán),Slew可調(diào),Actel的還內(nèi)建了OSC,RTC,Powermanager之類的硬件單元,甚至Actel的Fusion系列還內(nèi)建了600kbps的12bit的ADC以及MOSFETDriver之類模擬接口,內(nèi)部有UserFlashMemeory,F(xiàn)lashROM等資源可以實現(xiàn)真正的PSC,Bootloader之類的功能。

DSP主要是算法處理,內(nèi)部資源主要是乘法器,加法器之類的資源,有SPI接口,接口,接受一定的指令集,內(nèi)部的資源基本上都是現(xiàn)成的,需要客戶的需要而重新配置,方便于客戶的使用,但是相對來講其功能是有局限性的,所以主要用于某些特定的領(lǐng)域。DSP也有內(nèi)嵌的鎖相環(huán),計數(shù)器,Baudrate發(fā)生器,有的DSP也有ADC模擬接口。

3、編程語言

FPGA主要使用HDL,包括VHDl,Verilog,還有數(shù)?;旌系拿枋稣Z言Verilog-AMS等。(課程推薦:FPGA培訓(xùn))

DSP使用C,匯編語言編程。(課程推薦:C6000 DSP培訓(xùn))

4、功能角度

FPGA普遍用于實現(xiàn)數(shù)字電路模塊,基本上能實現(xiàn)所有的數(shù)字電路,傳統(tǒng)的數(shù)字功能模塊,以及客戶產(chǎn)品特定需求的數(shù)字處理模塊。FPGA的IO橋接種類繁多,不同種類的級別的FPGA支持的IO標準和協(xié)議都不盡相同,但是這些IO的驅(qū)動能力或是電壓都是可編程配置的。任何數(shù)字功能電路的實現(xiàn),高速信號的處理,控制領(lǐng)域的信號處理,橋轉(zhuǎn)換協(xié)議的實現(xiàn),Actel的Fusion還能用于電流/電壓檢測,溫度的檢測,MOSFETdriver,電源管理,其獨特的Flash工藝技術(shù)可以依靠電池供電工作,和掉電實時保存數(shù)據(jù),超低功耗,多種工作模式(StaTIc,Sleepmode),尤其IGLOO芯片的功能在Sleepmode下功耗只有5uW。這樣的功耗用于手機,GPS之類的移動手持設(shè)備中能發(fā)揮更大的功能應(yīng)用。

除此之外,用FPGA實現(xiàn)ASIC的前期的設(shè)計驗證,F(xiàn)PGA實現(xiàn)DSP的功能,實現(xiàn)CPU的功能,MCU的功能,內(nèi)存控制器,用于工業(yè)的PWM,SVPWM,Clarke,Park的正逆變換的實現(xiàn),VGA控制,數(shù)據(jù)的編解碼,解復(fù)用,高達上Gbps的信號的處理,協(xié)議的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)等等等等功能,都是DSP難以勝任的。

 

DSP內(nèi)部有很多現(xiàn)成的硬件模塊和接口以及控制器,但是需要軟件編程設(shè)定,可以實現(xiàn)PWM控制,接口控制,接口,SPI接口等功能。但是由于受指令集的時鐘周期的限制,DSP不能處理太高的信號,至于說上Gbps的信號,LVDS之類的信號就很難以涉及了。所以相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域會有所限制。但是不同的領(lǐng)域客戶的設(shè)計方案不同,考慮的側(cè)重點不同,有些領(lǐng)域設(shè)計者也是愛好使用DSP的,諸如算法實現(xiàn),協(xié)議的處理等等如果換作FPGA來處理那就得不償失。

5、適用的場合

DSP適用于系統(tǒng)較低取樣速率、低數(shù)據(jù)率、多條件操作、處理復(fù)雜的多算法任務(wù)、使用C語言編程、系統(tǒng)使用浮點。)適合于較低采樣速率下多條件進程、特別是復(fù)雜的多算法任務(wù)。

FPAG適用于系統(tǒng)高速取樣速率(≥幾MHZ)、高數(shù)據(jù)率、框圖方式編程、處理任務(wù)固定或重復(fù)、使用定點。) 適合于高速采樣頻率下,特別是任務(wù)比較固定或重復(fù)的情況以及試制樣機、系統(tǒng)開發(fā)的場合。



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