ARM, FPGA, DSP и CPLD: связь и разница

Привет всем, я Роуз. Добро пожаловать в новый пост сегодня. Я уверен, что вы знаете, что такое ARM, FPGA, DSP и CPLD. Но знаете ли вы их связь и различие? Позвольте мне представить вам.

Темы, затронутые в этой статье:

Ⅰ. РУКА

Ⅱ. ЦСП

Ⅲ. ПЛИС

Ⅳ. Так в чем же различия между ними?

Ⅴ. CPLD

Ⅵ. Разница между FPGA и CPLD

Ⅰ. РУКА

ARM (Advanced RISC Machines) — известное предприятие в области микропроцессоров, разрабатывающее большое количество высокопроизводительных и дешевых и низкоэнергетические RISC процессоры, соответствующие технологии и программное обеспечение.

ARM также является однокристальным микрокомпьютером. Архитектура ARM — это первый RISC-микропроцессор, разработанный для малобюджетных рынков. По сути, это отраслевой стандарт для 32-битных однокристальных микрокомпьютеров. Он предоставляет ряд решений для ядра, расширения системы, микропроцессора и системных чипов. Четыре функциональных модуля могут быть сконфигурированы и изготовлены производителями в соответствии с требованиями разных пользователей.

Поскольку все продукты используют универсальную систему программного обеспечения, одно и то же программное обеспечение может работать во всех продуктах. В настоящее время ARM занимает более 90 долей на рынке портативных устройств, что может эффективно сократить время разработки и тестирования приложений, а также снизить затраты на исследования и разработки. .

Ⅱ. ЦСП

DSP (процессор цифровых сигналов) – это уникальный микропроцессор с собственной полной системой инструкций. Это устройство, которое обрабатывает большой объем информации с помощью цифровых сигналов. Процессор цифровых сигналов включает в себя блоки управления, вычислительные блоки, различные регистры и определенное количество запоминающих устройств в небольшом кристалле. Он также может подключать несколько модулей памяти на своей периферии и обмениваться данными с определенным количеством внешних устройств. Он имеет комплексные программные и аппаратные функции и сам по себе является микрокомпьютером.

The DSP принимает Гарвардский's конструкция, то есть шина данных и адресная шина разделены, так что программы и данные хранятся в двух отдельных пространствах, что позволяет полностью перекрывать инструкции и инструкции выполнения. То есть следующая инструкция может быть извлечена и декодирована во время выполнения предыдущей инструкции, что значительно повышает скорость микропроцессора.

Это также позволяет осуществлять передачу между пространством программы и пространством данных, поскольку повышает гибкость устройства. Принцип работы заключается в получении аналоговых сигналов, преобразовании их в 0 или 1, изменении, удалении и усилении цифровых сигналов, а также интерпретации цифровых данных обратно в аналоговые данные или форматы реальной среды в других системных чипах. Он не только программируем, но и выполняет десятки миллионов сложных командных программ в секунду в режиме реального времени, что намного превосходит обычный микропроцессор. Это становится все более важным компьютерным чипом в мире цифровой электроники.

Его мощные возможности обработки данных и высокая скорость работы — две наиболее похвальные особенности. Благодаря своей высокой вычислительной мощности, высокой скорости, небольшому размеру и высокой степени гибкости в программировании он обеспечивает эффективный способ работы с различными сложными приложениями.

Основные характеристики чипа DSP

1. За один цикл инструкции можно выполнить одно умножение и одно сложение.

2. Программа отделена от пространства данных и может одновременно обращаться к инструкциям и данным.

, доступ к которой обычно возможен в обоих блоках через отдельную шину данных.

4. Аппаратная поддержка с низким количеством циклов и переходов или без них.

6. Несколько аппаратных генераторов адресов, работающих в одном цикле.

7. Несколько действий могут выполняться параллельно.

8. Поддержка операций сборочной линии, чтобы извлечение, декодирование и выполнение пальцев могли перекрываться.

Конечно, по сравнению с универсальным микропроцессором другие общие функции чипа DSP относительно слабы.

Ⅲ. ПЛИС

FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица) — продукт дальнейшей разработки на основе программируемых устройств, таких как PAL, GAL, PLD и т. д. Это наиболее интегральная схема (ASIC). Высокий.

FPGA использует новую концепцию массива логических ячеек, которая включает в себя настраиваемый логический модуль CLB (конфигурируемый логический блок) и модуль ввода-вывода IOB ( Вход O) Выходной блок) и межсоединение состоят из трех частей.

Пользователи могут переконфигурировать логические модули и модули ввода-вывода в FPGA< a i=4> для реализации логики пользователя. Он также обладает характеристиками статического повторяемого программирования и динамической реконструкции системы, так что функции аппаратного обеспечения могут быть изменены путем программирования, как и программного обеспечения. В качестве полузаказной схемы в области специальных интегральных схем (ASIC), FPGA< a i=8> не только устраняет недостатки индивидуальных схем, но также устраняет недостатки ограниченного числа вентильных схем исходного программируемого устройства.

Не будет преувеличением сказать, что FPGA может выполнять функции любого цифрового устройства, от высокопроизводительного процессора до простых 74 схем, которые можно реализовать с помощью FPGA. FPGA похожа на лист белой бумаги или стопку строительных блоков. Инженеры могут свободно проектировать цифровую систему, используя традиционные методы ввода схем или языки описания оборудования. С помощью программного моделирования мы можем заранее проверить правильность конструкции.

После того, как печатная плата будет завершена, вы также можете использовать возможность онлайн-модификации FPGA для изменения конструкции в любое время без замены аппаратного обеспечения. схема. Использование FPGA для разработки цифровых схем может значительно сократить время проектирования, уменьшить площадь печатной платы и повысить надежность системы.

FPGA устанавливается программами, хранящимися в ОЗУ на чипе, чтобы установить его рабочее состояние, поэтому встроенный RAM при работе необходимо программировать. Пользователи могут использовать различные методы программирования в соответствии с различными режимами конфигурации. При включении питания микросхема FPGA считывает данные из EPROM во встроенную программную память RAM. После завершения настройки FPGA переходит в рабочее состояние. После отключения питания FPGA восстанавливается до белой пленки, а внутренняя логическая связь исчезает, поэтому FPGA можно использовать повторно.

Для программирования FPGA не требуется специальный программатор FPGA, достаточно универсального программатора EPROM и PROM. Если вам нужно изменить функцию FPGA, просто замените EPROM. Таким образом, одна и та же FPGA и разные программные данные могут создавать разные функции схемы. Поэтому использование FPGA очень гибко. Можно сказать, что чип FPGA — один из лучших вариантов для небольших пакетных систем, поскольку он улучшает интеграцию и надежность системы.

Ⅳ. Так в чем же различия между ними?

ARM имеет мощные функции управления транзакциями, которые можно использовать для запуска интерфейсов и приложений. Его преимущества в основном отражаются на управлении, тогда как DSP в основном используется для вычислений, таких как шифрование и дешифрование, модем и демодуляция и т. д. Его преимущества сильны. способность обработки данных и высокая скорость работы.

FPGA можно запрограммировать с помощью VHDL или Verilog HDL, что является гибким решением. Поскольку он может программировать, отлаживать, перепрограммировать и повторять операции, он может полностью разработать и проверить проект. Когда в схеме есть небольшое количество изменений, это может показать преимущества FPGA. Его способность к программированию на месте может продлить срок службы продукта на рынке, и эту способность можно использовать для обновления или отладки системы.

Каковы преимущества и недостатки этих устройств для процессора? Фактически, C51, ARM и DSP не предоставляются пользователям как только микросхемы, но должны поддерживаться некоторыми периферийными схемами. Например: контроллер памяти, контроллер прерываний, таймер, UART, SPI , I2C и т. д.

Сравните с точки зрения процессора

C51 — 8-битный, ARM — 32-битный, DSP< a i=4> 16-битный, но есть и выше.

С точки зрения вычислительной мощности C51 является самым слабым, DSP самым сильным, а ARM расположен по центру.

Структура сильно различается. Простейший C51 — это общая структура Вонне-Нормана, RISC выше ARM 9 — Гарвард< a i=4> структура, а DSP обычно использует Гарвардскую структуру.

Как правило, площадь чипа C51 очень мала, а рабочая частота очень низкая (обычно более 10 МГц, некоторые — 24 МГц), поэтому энергопотребление низкое; DSP очень высокий (высота достигает более 300 МГц), поэтому энергопотребление велико; площадь чипа ARM также очень мала, а сам ARM 7 составляет 0,55 квадратных миллиметров. Потребляемая мощность также относительно невелика. Частота около (от десятков до 200 МГц)

Поэтому C51 в основном используется в системах управления, которые не требуют слишком больших вычислений и обычно оснащены богатыми периферийными модулями; DSP в основном используется в высокопроизводительных системах, требующих сложных вычислений, таких как обработка изображений, шифрование и дешифрование, навигационные системы и т. д., а также периферийные устройства. модулей, как правило, меньше; ARM Это компромисс между C51 и DSP,

Подчеркните один момент: производительность C51 намного уступает производительности ARM и ЦСП. но он по-прежнему занимает важное место из-за соотношения цены и качества; потому что он слишком зрелый, слишком маленький, слишком дешевый, а DSP также незаменим в некоторых областях, требующих сложных вычислений; Успех ARM в том, что он нашел компромисс. Искренние пожелания и создание очень гибкой бизнес-модели

Ⅴ. CPLD

CPLD (комплексное программируемое логическое устройство) — это сложное программируемое логическое устройство, разработанное на основе PAL и GAL. устройства. Он относительно велик по размеру и сложен по структуре и относится к категории больших интегральных схем.

Это цифровая интегральная схема то, с помощью чего пользователи конструируют логические функции в соответствии со своими потребностями. Основной метод проектирования заключается в создании соответствующего целевого файла с помощью интегрированной программной платформы разработки, использовании принципиальной схемы, языка описания аппаратного обеспечения и других методов, а также передаче кода на целевой чип путем загрузки кабеля («программирование в система") для реализации разработанной цифровой системы.

Идентификация и классификация FPGA и CPLD в основном основаны на их структурных характеристиках и принципах работы. Обычный метод классификации – называть устройства, которые формируют структуру элементов побочных продуктов с логическим поведением CPLD. такие как серия ispLSI от Lattice, Xilinx's серия XC9500, Alteraсерия MAX7000S и Lattice (ранее Vanti) S) серия Mach и т. д. Устройства, которые формируют логическое поведение путем поиска в таблице, называются FPGA, например, серия SPARTAN от Xilinx, Altera& #39;серии FLEX10K или ACEX1K.

Хотя FPGA и CPLD являются программируемыми ASIC устройствами и имеют много общих характеристик, у них есть свои особенности из-за различий в структурах CPLD и FPGA.

Соответствующие характеристики

CPLD больше подходит для завершения различных алгоритмов и комбинированной логики, а FPGA больше подходит для завершения логики синхронизации. Другими словами, FPGA больше подходит для структур, богатых триггерами, а CPLD больше подходит для структур с ограниченным количеством триггеров и богатым набором продуктов.

Непрерывная структура соединения CPLD определяет, что его временная задержка является однородной и предсказуемой, тогда как сегментированная структура соединения FPGA определяет непредсказуемость это задержка.

FPGA более гибкая, чем CPLD в программировании. CPLD программируется путем изменения логической функции с фиксированными внутренними цепями подключения. FPGA в основном программируется путем изменения разводки внутреннего соединения; FPGA можно запрограммировать под логическим вентилем, а CPLD — под логическим блоком.

FPGA более интегрирована, чем CPLD. с более сложной структурой подключения и логической реализацией.

CPLD удобнее использовать, чем FPGA. CPLD при программировании используется E2PROM или технология FASTFLASH, которую легко использовать без микросхемы внешней памяти, в то время как программная информация FPGA должна храниться во внешней памяти, а метод использования сложен.

CPLD быстрее, чем FPGA, и имеет большую предсказуемость времени. Это связано с тем, что FPGA представляет собой программирование на уровне шлюза, а CLB принимает распределенное соединение, а CPLD – это программирование на уровне логических блоков, а взаимосвязь между логическими блоками является общей.

С точки зрения методов программирования CPLD в основном основан на E2PROM или флэш-памяти программирование, до 10 000 раз. Преимущество заключается в том, что информация о программировании не теряется при выключении системы. CPLD можно разделить на две категории: программирование или программист и системное программирование; FPGA в основном основана на программировании SRAM. Программа и информация о программировании теряются при выключении системы. При каждом включении данные программирования необходимо перезаписывать в SRAM снаружи устройства. Его преимуществом является то, что его можно запрограммировать в любое время и быстро запрограммировать на работе, чтобы реализовать динамическую конфигурацию на уровне платы и системы.

CPLD конфиденциальен, а FPGA оставляет желать лучшего.

Вообще говоря, CPLD потребляет больше энергии, чем FPGA, и чем выше интеграция, тем это очевиднее.

Frequently Asked Questions

1. Каково полное название ARM?

Архитектура ARM, ее полное название — Advanced RISC Machine.

2. Что такое ПЛИС?

FPGA — это аббревиатура от английского Field Programmable Gate Array. Это продукт дальнейшей разработки на основе PAL, GAL, EPLD и других программируемых устройств. Будучи полузаказной схемой в области ASIC, она не только устраняет недостаток нестандартной схемы, но также устраняет недостаток ограниченного количества вентильных схем в оригинальных программируемых устройствах.

3. Что такое LE в CPLD?

Логический элемент (LE) — наименьший логический компонент CPLD.

4. Что представляет собой CPLD

CPLD в основном состоит из программируемой логической макроячейки (MC), расположенной вокруг центра программируемого матричного блока межсоединений. Структура MC сложна и имеет сложную структуру взаимосвязей блоков ввода-вывода. Пользователи могут создавать определенную структуру схемы в соответствии со своими потребностями для выполнения определенных функций.

5. Что такое ЦСП?

DSP — это теория и технология цифровой обработки сигналов, в которой для обработки сигналов используются численные вычисления. Его оригинальное английское название — цифровая обработка сигналов, сокращенно DSP. Кроме того, DSP также является сокращением от цифрового сигнального процессора.