全面解析FPGA與DSP，兩者區(qū)別竟然這么大

PGA是一種可編程的硅芯片，DSP是數字信號處理，當系統設計人員在項目的架構設計階段就面臨到底采用FPGA還是DSP的重要問題。本文將首先分別介紹FPGA和DSP的特點，然后再從內部資源、編程語言、功能多個角度解析兩者的不同。

1、FPGA與DSP的特點

FPAG的結構特點

片內有大量的邏輯門和觸發(fā)器，多為查找表結構，實現工藝多為SRAM。規(guī)模大，集成度高，處理速度快，執(zhí)行效率高。能完成復雜的時序邏輯設計，且編程靈活，方便，簡單，可多次重復編程。許多FPAG可無限重復編程。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的結構特點

1、 采用數據和程序分離的哈佛結構和改進的哈佛結構，執(zhí)行指令速度更快。

2、 采用流水線技術，減少每條指令執(zhí)行時間。

3、 片內多總線，可同時進行取指及多個數據存取操作。

4、 獨立的累加器及加法器，一個周期內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，便于數據傳送。

6、 有中斷處理器及定時控制器，便于構成小規(guī)模系統。

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，特別是復雜的多算法任務。DSP通過匯編或高級語言（如C語言）進行編程，實時實現方案。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 僅能完成對數據非常簡單的運算；研發(fā)周期長。

2、內部資源

FPGA側重于設計具有某個功能的硬件電路，內部資源是VersaTIles（ActelFPGA）之類的微小單元，FPGA的內部單元初始在編程前都是使用的是HDL語言實現硬件電路的設計描述。FPGA內部的連線資源將這些功能模塊的內部和模塊之間的信號連接起來，構成較大的模塊。FPGA可以內部實現ALU，加法器，乘法器，累加器，FIFO，SRAM，DDRcontroller，FFT，HDLC，DMA，PWM等等數字電路，也就說我們要用其實現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來描述設計實現。

目前的FPGA都可以直接內嵌諸如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內部的硬核。傳統的FPGA都是實現純數字電路的，業(yè)界只有Actel的FPGA實現了數?；旌系腜SC單芯片技術，真正的提升和擴大了FPGA的應用功能和領域。

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

DSP主要是算法處理，內部資源主要是乘法器，加法器之類的資源，有SPI接口，UART接口，接受一定的指令集，內部的資源基本上都是現成的，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域。DSP也有內嵌的鎖相環(huán)，計數器，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?；旌系拿枋稣Z言Verilog-AMS等。（課程推薦：FPGA培訓）

DSP使用C，匯編語言編程。（課程推薦：C6000 DSP培訓）

4、功能角度

FPGA普遍用于實現數字電路模塊，基本上能實現所有的數字電路，傳統的數字功能模塊，以及客戶產品特定需求的數字處理模塊。FPGA的IO橋接種類繁多，不同種類的級別的FPGA支持的IO標準和協議都不盡相同，但是這些IO的驅動能力或是電壓都是可編程配置的。任何數字功能電路的實現，高速信號的處理，控制領域的信號處理，橋轉換協議的實現，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工藝技術可以依靠電池供電工作，和掉電實時保存數據，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之類的移動手持設備中能發(fā)揮更大的功能應用。

除此之外，用FPGA實現ASIC的前期的設計驗證，FPGA實現DSP的功能，實現CPU的功能，MCU的功能，內存控制器，用于工業(yè)的PWM，SVPWM，Clarke，Park的正逆變換的實現，VGA控制，數據的編解碼，解復用，高達上Gbps的信號的處理，協議的轉換實現等等等等功能，都是DSP難以勝任的。

DSP內部有很多現成的硬件模塊和接口以及控制器，但是需要軟件編程設定，可以實現PWM控制，接口控制，UART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。所以相應的應用領域會有所限制。但是不同的領域客戶的設計方案不同，考慮的側重點不同，有些領域設計者也是愛好使用DSP的，諸如算法實現，協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適用于系統較低取樣速率、低數據率、多條件操作、處理復雜的多算法任務、使用C語言編程、系統使用浮點。）適合于較低采樣速率下多條件進程、特別是復雜的多算法任務。

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