ARM,DSP,FPGA,CPLD,SOPC,SOC區(qū)別和聯(lián)系
ARM,DSP,FPGA,CPLD,SOPC,SOC之間有什么區(qū)別和聯(lián)系？
arm是一種嵌入式芯片，比單片機(jī)功能強(qiáng)，可以針對需要增加外設(shè)。類似于通用cpu，但是不包括桌面計(jì)算機(jī)。
DSP主要用來計(jì)算，計(jì)算功能很強(qiáng)悍，一般嵌入式芯片用來控制，而DSP用來計(jì)算，譬如一般手機(jī)有一個(gè)arm芯片，主要用來跑界面，應(yīng)用程序，DSP可能有兩個(gè)，adsp,mdsp，或一個(gè)，主要是加密解密，調(diào)制解調(diào)等。
FPGA和CPLD都是可編程邏輯器件，都可以用VHDL或verilog HDL來編程，一般CPLD使用乘積項(xiàng)技術(shù)，粒度粗些;FPGA使用查找表技術(shù)，粒度細(xì)些，適用觸發(fā)器較多的邏輯。其實(shí)多數(shù)時(shí)候都忽略它們的差異，一般在設(shè)計(jì)ASIC芯片時(shí)要用FPGA驗(yàn)證，然后再把VHDL等程序映射為固定的版圖，制作ASIC芯片，在設(shè)計(jì)VHDL程序時(shí)，有可能要使用C仿真。
SOC就是單片系統(tǒng)，主要是器件太多設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高，可靠性差等缺點(diǎn)，所以單片系統(tǒng)是一個(gè)發(fā)展趨勢。
SOPC就是可編程芯片系統(tǒng)，就是可以用FPGA/CPLD實(shí)現(xiàn)一個(gè)單片系統(tǒng)，譬如altera的Nios軟核處理器嵌入到Stratix中。
●FPGA與CPLD的區(qū)別
系統(tǒng)的比較,與大家共享：
盡管FPGA和CPLD都是可編程ASIC器件,有很多共同特點(diǎn),但由于CPLD和FPGA結(jié)構(gòu)上的差異,具有各自的特點(diǎn):
①CPLD更適合完成各種算法和組合邏輯,FPGA更適合于完成時(shí)序邏輯。換句話說,FPGA更適合于觸發(fā)器豐富的結(jié)構(gòu),而CPLD更適合于觸發(fā)器有限而乘積項(xiàng)豐富的結(jié)構(gòu)。
②CPLD的連續(xù)式布線結(jié)構(gòu)決定了它的時(shí)序延遲是均勻的和可預(yù)測的,而FPGA的分段式布線結(jié)構(gòu)決定了其延遲的不可預(yù)測性。
③在編程上FPGA比CPLD具有更大的靈活性。CPLD通過修改具有固定內(nèi)連電路的邏輯功能來編程,FPGA主要通過改變內(nèi)部連線的布線來編程;FPGA可在邏輯門下編程,而CPLD是在邏輯塊下編程。
④FPGA的集成度比CPLD高,具有更復(fù)雜的布線結(jié)構(gòu)和邏輯實(shí)現(xiàn)。
⑤CPLD比FPGA使用起來更方便。CPLD的編程采用E2PROM或FASTFLASH技術(shù),無需外部存儲(chǔ)器芯片,使用簡單。而FPGA的編程信息需存放在外部存儲(chǔ)器上,使用方法復(fù)雜。
⑥CPLD的速度比FPGA快,并且具有較大的時(shí)間可預(yù)測性。這是由于FPGA是門級編程,并且CLB之間采用分布式互聯(lián),而CPLD是邏輯塊級編程,并且其邏輯塊之間的互聯(lián)是集總式的。
⑦在編程方式上,CPLD主要是基于E2PROM或FLASH存儲(chǔ)器編程,編程次數(shù)可達(dá)1萬次,優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)斷電時(shí)編程信息也不丟失。CPLD又可分為在編程器上編程和在系統(tǒng)編程兩類。FPGA大部分是基于SRAM編程,編程信息在系統(tǒng)斷電時(shí)丟失,每次上電時(shí),需從器件外部將編程數(shù)據(jù)重新寫入SRAM中。其優(yōu)點(diǎn)是可以編程任意次,可在工作中快速編程,從而實(shí)現(xiàn)板級和系統(tǒng)級的動(dòng)態(tài)配置。
⑧CPLD保密性好,FPGA保密性差。
⑨一般情況下,CPLD的功耗要比FPGA大,且集成度越高越明顯。
隨著復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)密度的提高,數(shù)字器件設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行大型設(shè)計(jì)時(shí),既靈活又容易,而且產(chǎn)品可以很快進(jìn)入市場。許多設(shè)計(jì)人員已經(jīng)感受到CPLD容易使用、時(shí)序可預(yù)測和速度高等優(yōu)點(diǎn),然而,在過去由于受到CPLD密度的限制,他們只好轉(zhuǎn)向FPGA和ASIC，F(xiàn)在,設(shè)計(jì)人員可以體會(huì)到密度高達(dá)數(shù)十萬門的CPLD所帶來的好處。
CPLD結(jié)構(gòu)在一個(gè)邏輯路徑上采用1至16個(gè)乘積項(xiàng),因而大型復(fù)雜設(shè)計(jì)的運(yùn)行速度可以預(yù)測。因此,原有設(shè)計(jì)的運(yùn)行可以預(yù)測,也很可靠,而且修改設(shè)計(jì)也很容易。CPLD在本質(zhì)上很靈活、時(shí)序簡單、路由性能極好,用戶可以改變他們的設(shè)計(jì)同時(shí)保持引腳輸出不變。與FPGA相比,CPLD的I/O更多,尺寸更小。
如今,通信系統(tǒng)使用很多標(biāo)準(zhǔn),必須根據(jù)客戶的需要配置設(shè)備以支持不同的標(biāo)準(zhǔn)。CPLD可讓設(shè)備做出相應(yīng)的調(diào)整以支持多種協(xié)議,并隨著標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的演變而改變功能。這為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來很大的方便,因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)尚未完全成熟之前他們就可以著手進(jìn)行硬件設(shè)計(jì),然后再修改代碼以滿足最終標(biāo)準(zhǔn)的要求。CPLD的速度和延遲特性比純軟件方案更好,它的NRE費(fèi)用低於ASIC,更靈活,產(chǎn)品也可以更快入市。CPLD可編程方案的優(yōu)點(diǎn)如下：
●邏輯和存儲(chǔ)器資源豐富(Cypress Delta39K200的RAM超過480 Kb)
●帶冗余路由資源的靈活時(shí)序模型
●改變引腳輸出很靈活
●可以裝在系統(tǒng)上后重新編程
●I/O數(shù)目多
●具有可保證性能的集成存儲(chǔ)器控制邏輯
●提供單片CPLD和可編程PHY方案
由于有這些優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)建模成本低,可在設(shè)計(jì)過程的任一階段添加設(shè)計(jì)或改變引腳輸出,可以很快上市。
CPLD的結(jié)構(gòu)
CPLD是屬於粗粒結(jié)構(gòu)的可編程邏輯器件。它具有豐富的邏輯資源(即邏輯門與寄存器的比例高)和高度靈活的路由資源。CPLD的路由是連接在一起的,而FPGA的路由是分割開的。FPGA可能更靈活,但包括很多跳線,因此速度較CPLD慢。
CPLD以群陣列(array of clusters)的形式排列,由水平和垂直路由通道連接起來。這些路由通道把信號送到器件的引腳上或者傳進(jìn)來,并且把CPLD內(nèi)部的邏輯群連接起來。
之所以稱作粗粒,是因?yàn)?與路由數(shù)量相比,邏輯群要大得到。CPLD的邏輯群比FPGA的基本單元大得多,因此FPGA是細(xì)粒的。
CPLD最基本的單元是宏單元。一個(gè)宏單元包含一個(gè)寄存器(使用多達(dá)16個(gè)乘積項(xiàng)作為其輸入)及其它有用特性。
因?yàn)槊總(gè)宏單元用了16個(gè)乘積項(xiàng),因此設(shè)計(jì)人員可部署大量的組合邏輯而不用增加額外的路徑。這就是為何CPLD被認(rèn)為是"邏輯豐富"型的。
宏單元以邏輯模塊的形式排列(LB),每個(gè)邏輯模塊由16個(gè)宏單元組成。宏單元執(zhí)行一個(gè)AND操作,然后一個(gè)OR操作以實(shí)現(xiàn)組合邏輯。
每個(gè)邏輯群有8個(gè)邏輯模塊,所有邏輯群都連接到同一個(gè)可編程互聯(lián)矩陣。
每個(gè)群還包含兩個(gè)單端口邏輯群存儲(chǔ)器模塊和一個(gè)多端口通道存儲(chǔ)器模塊。前者每模塊有8,192b存儲(chǔ)器,后者包含4,096b專用通信存儲(chǔ)器且可配置為單端口、多端口或帶專用控制邏輯的FIFO。
CPLD有什麼好處?
I/O數(shù)量多
CPLD的好處之一是在給定的器件密度上可提供更多的I/O數(shù),有時(shí)甚至高達(dá)70%。
時(shí)序模型簡單CPLD優(yōu)于其它可編程結(jié)構(gòu)之處在于它具有簡單且可預(yù)測的時(shí)序模型。這種簡單的時(shí)序模型主要應(yīng)歸功于CPLD的粗粒度特性。
CPLD可在給定的時(shí)間內(nèi)提供較寬的相等狀態(tài),而與路由無關(guān)。這一能力是設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵,不但可加速初始設(shè)計(jì)工作,而且可加快設(shè)計(jì)調(diào)試過程。
粗粒CPLD結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
CPLD是粗粒結(jié)構(gòu),這意味著進(jìn)出器件的路徑經(jīng)過較少的開關(guān),相應(yīng)地延遲也小。因此,與等效的FPGA相比,CPLD可工作在更高的頻率,具有更好的性能。
CPLD的另一個(gè)好處是其軟件編譯快,因?yàn)槠湟子诼酚傻慕Y(jié)構(gòu)使得布放設(shè)計(jì)任務(wù)更加容易執(zhí)行。
細(xì)粒FPGA結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
FPGA是細(xì)粒結(jié)構(gòu),這意味著每個(gè)單元間存在細(xì)粒延遲。如果將少量的邏輯緊密排列在一起,FPGA的速度相當(dāng)快。然而,隨著設(shè)計(jì)密度的增加,信號不得不通過許多開關(guān),路由延遲也快速增加,從而削弱了整體性能。CPLD的粗粒結(jié)構(gòu)卻能很好地適應(yīng)這一設(shè)計(jì)布局的改變。
靈活的輸出引腳
CPLD的粗粒結(jié)構(gòu)和時(shí)序特性可預(yù)測,因此設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)流程的后期仍可以改變輸出引腳,而時(shí)序仍保持不變。
新的CPLD封裝
CPLD有多種密度和封裝類型,包括單芯片自引導(dǎo)方案。自引導(dǎo)方案在單個(gè)封裝內(nèi)集成了FLASH存儲(chǔ)器和CPLD,無須外部引導(dǎo)單元,從而可降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性并節(jié)省板空間。在給定的封裝尺寸內(nèi),有更高的器件密度共享引腳輸出。這就為設(shè)計(jì)人員提供了"放大"設(shè)計(jì)的便利,而無須更改板上的引腳輸出。
●arm是一種嵌入式芯片，比單片機(jī)功能強(qiáng)，可以針對需要增加外設(shè)。類似于通用cpu，但是不包括桌面計(jì)算機(jī)。
DSP主要用來計(jì)算，計(jì)算功能很強(qiáng)悍，一般嵌入式芯片用來控制，而DSP用來計(jì)算，譬如一般手機(jī)有一個(gè)arm芯片，主要用來跑界面，應(yīng)用程序，DSP可能有兩個(gè)，adsp,mdsp，或一個(gè)，主要是加密解密，調(diào)制解調(diào)等。
●ARM其實(shí)就是一個(gè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，ARM公司本身不生產(chǎn)芯片，但是向其它公司提供授權(quán)。
alterA有嵌入ARM內(nèi)核的SOPC芯片，搜搜應(yīng)該能搜的到的。
如果自己設(shè)計(jì)一個(gè)ARM芯片，顯然是不大可能的，即使設(shè)計(jì)出來嵌入式芯片，也不能叫ARM。
當(dāng)然用FPGA設(shè)計(jì)簡單的處理器芯片應(yīng)該還是有可能的，好象外國大學(xué)都有這樣的課程設(shè)計(jì)，也有很多書籍介紹設(shè)計(jì)簡單的處理器芯片的。
感覺處理器芯片主要就是把指令譯碼，分派給不同的功能部件來執(zhí)行工作，如果再加上流水線，預(yù)測執(zhí)行以及存儲(chǔ)器、外設(shè)等等功能，應(yīng)該工作量很大的。
●其實(shí)象工作量特別大的運(yùn)算，一般還是用FPGA/ASIC來實(shí)現(xiàn)的，譬如在手機(jī)基帶芯片中，碼片級的運(yùn)算，一般是用FPGA/ASIC，而比特級的運(yùn)算，應(yīng)該用DSP實(shí)現(xiàn)的多。
ADSP
美國模擬器件公司(ADI : Analog Device Instrument)生產(chǎn)的數(shù)字信號處理芯片(DSP:Digital Singal Processor),代表系列有 ADSP Sharc 211xx (低端領(lǐng)域),ADSP TigerSharc 101,201,....(高端領(lǐng)域),ADSP Blackfin 系列(消費(fèi)電子領(lǐng)域).
ADSP與另外一個(gè)著名的德州儀器(TI: Texas Instrument)生產(chǎn)的芯片特點(diǎn)相比較,具有浮點(diǎn)運(yùn)算強(qiáng),SIMD(單指令多數(shù)據(jù))編程的優(yōu)勢, 比較新的Blackfin系列比同一級別TI產(chǎn)品功耗低.缺點(diǎn)是ADSP不如TI的C語言編譯優(yōu)化好.TI已經(jīng)普及了C語言的編程,而AD芯片的性能發(fā)揮比較依賴程序員的編程水平.ADSP的Linkport數(shù)據(jù)傳輸能力強(qiáng)是一大特色,但是使用起來不夠穩(wěn)定,調(diào)試難度大.
ADI提供的Visual DSP ++2.0, 3.0, 4.0, 4.5 編程環(huán)境,可以支持軟件人員開發(fā)調(diào)試.
雖然跟單片機(jī)不是很相關(guān)，但是文章不錯(cuò)，小編就整理下~(≧▽≦)/~啦啦啦。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-19
