牛人牛語(yǔ)錄：關(guān)于FPGA、DSP和ARM

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牛人牛語(yǔ)錄：關(guān)于FPGA、DSP和ARM

這世界真是瘋了，貌似有人連FPGA原理是什么都不知道就開(kāi)始來(lái)學(xué)習(xí)FPGA了。

DSP就是一個(gè)指令比較獨(dú)特的處理器。它雖然是通用處理器，但是實(shí)際上不怎么“通用”。技術(shù)很牛的人可以用DSP做一臺(tái)電腦出來(lái)跑windows，而實(shí)際上真正這么干的肯定是蠢材。用DSP做信號(hào)處理，比其他種類(lèi)的處理器要厲害；用DSP做信號(hào)處理之外的事情，卻并不見(jiàn)長(zhǎng)。而且信號(hào)處理的代碼一般需要對(duì)算法很精通的人才能真正寫(xiě)好。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里面的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度在這里是一把很?chē)?yán)酷的尺子。

FPGA只不過(guò)披著軟件的外衣，實(shí)際上是硬件。

FPGA內(nèi)部有兩層相對(duì)獨(dú)立的電路。

使用者“編碼->編譯”后生成一個(gè)映像，這個(gè)映像作用于第一層電路。這層電路之際上就是一個(gè)0，1的開(kāi)關(guān)矩陣，這個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣用來(lái)控制第二層工作電路，將第二層工作電路配置成一個(gè)相應(yīng)的處理器。理論上FPGA可以配置成任何需要的處理器，而實(shí)際上為了盡量少出bug，F(xiàn)PGA開(kāi)發(fā)都使用已經(jīng)開(kāi)發(fā)好的“庫(kù)文件”，也就是把人家能穩(wěn)定工作的電路圖拿過(guò)來(lái)。因此，對(duì)大多數(shù)FPGA開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，F(xiàn)PGA內(nèi)部有幾個(gè)核基本上只能從庫(kù)文件里面選——除非你有能力自己設(shè)計(jì)核心內(nèi)部的電路和核間總線——ram和rom也是用宏來(lái)配置，自己只需要改改外部的專(zhuān)用電路和接線方式等等。甚至外部的專(zhuān)用電路都有庫(kù)文件，搭個(gè)積木就完事了。玩FPGA真正掙錢(qián)的人是做積木的人，你原創(chuàng)幾個(gè)積木并且能申請(qǐng)專(zhuān)利，迫使人家給你交專(zhuān)利費(fèi)，那你這輩子可以衣食無(wú)憂了。

FPGA 區(qū)別于ASIC設(shè)計(jì) 屬于硬件設(shè)計(jì)的范疇 ASIC是硬件全定制 FPGA是硬件半定制。

具體來(lái)說(shuō) ASIC整個(gè)電路都由設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的 用多少資源設(shè)計(jì)多少資源 一般多用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

FPGA資源事先由廠商給定 例如Altera Xilinx等都提供不同系列的FPGA芯片 設(shè)計(jì)師可以在給定資源下做硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

DSP 主要用于處理信號(hào) 事先算法 特點(diǎn)是多級(jí)流水 可以加快數(shù)據(jù)處理的速度 開(kāi)發(fā)環(huán)境主要是C語(yǔ)言 可以說(shuō)DSP應(yīng)用的范圍更專(zhuān) DSP的設(shè)計(jì)

可以理解為軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)師不需要太了解DSP的結(jié)構(gòu)

補(bǔ)充幾個(gè)小概念

DSP愿意就是指數(shù)字信號(hào)處理 只不過(guò)DSP芯片由于主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理 實(shí)現(xiàn)各種算法 所以簡(jiǎn)稱(chēng)為DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）

FPGA一樣可以做DSP（數(shù)字信號(hào)處理），就意味著可以用FPGA做硬件設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)DSP芯片的功能，當(dāng)然，相比較專(zhuān)業(yè)的DSP芯片 成本太高。

現(xiàn)在除了FPGA和DSP之外還有一個(gè)近幾年熱門(mén)的產(chǎn)品 ARM

ARM主要應(yīng)用與手持設(shè)備和嵌入式產(chǎn)品 幾乎籠罩了90%的市場(chǎng)份額 可以說(shuō)ARM開(kāi)發(fā)也偏向于軟件開(kāi)發(fā) 設(shè)計(jì)者主要是講wince系統(tǒng)或者linux系統(tǒng)移植到ARM開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，然后做各種軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

所以 這三個(gè)方向都有其不同的應(yīng)用場(chǎng)合 很難講誰(shuí)更有前途 不過(guò) 作為我個(gè)人而言 更喜歡做硬件設(shè)計(jì) 所以我選擇FPGA作為自己的方向 FPGA。

主要是給設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)硬件平臺(tái) 開(kāi)發(fā)的核心還是需要獨(dú)立的應(yīng)用設(shè)計(jì)和高效的算法設(shè)計(jì) 所以設(shè)計(jì)者應(yīng)該處理好工具的掌握和具體設(shè)計(jì)的區(qū)別。

FPGA:

并行處理，內(nèi)部資源多

DSP：成本低，低功耗，高性能的處理能力。具有強(qiáng)大的外部通信接口（SCI，SPI,CAN）便于構(gòu)成大的控制系統(tǒng)。

特點(diǎn)：（1）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法； 　　

（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開(kāi)，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)； 　　

（3）片內(nèi)具有快速RAM，通�？赏ㄟ^(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn)； 　�。�4）具有低開(kāi)銷(xiāo)或無(wú)開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持； 　

（5）快速的中斷處理和硬件I/O支持； 　　

（6）具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器； 　

（7）可以并行執(zhí)行多個(gè)操作； 　　

（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。

本人認(rèn)為FPGA更有前途，DSP其實(shí)只是個(gè)特殊的處理器，有專(zhuān)用的硬件乘法器，有桶形移位器可以把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器移到ALU，還有流水線等技術(shù)。

但FPGA同樣可以完成這些功能，并且FPGA是并行工作的，現(xiàn)在很多FPGA內(nèi)部可以使用軟DSP或者硬核的DSP，當(dāng)你的項(xiàng)目需要時(shí)序很?chē)?yán)格的情況非FPGA莫屬。比如說(shuō)用DSP和USB芯片CY68013進(jìn)行FIFO（同步傳送）數(shù)據(jù)時(shí)，IFCLK可以是外部或內(nèi)部，USB芯片在(IFCONFIG的IFCLKSRC里配置)。如果IFCLK使用內(nèi)部的情況下，DSP根本無(wú)法知道我把數(shù)據(jù)送到FIFO數(shù)據(jù)端口后USB芯片內(nèi)部時(shí)鐘過(guò)了多少周期，但FPGA就可以，因?yàn)镕PGA的時(shí)鐘取自于USB芯片的48M輸出，在FPGA內(nèi)部做一個(gè)狀態(tài)機(jī)，當(dāng)數(shù)據(jù)送到USB芯片的FIFO數(shù)據(jù)端口時(shí)，下一狀態(tài)把SLWR拉低，再下一狀態(tài)拉高，就等于USB內(nèi)部過(guò)了一周期，數(shù)據(jù)就寫(xiě)進(jìn)USB芯片內(nèi)部的FIFO了，我只是舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，很多關(guān)于時(shí)序的案例非FPGA莫屬，DSP做算法快速，成熟，F(xiàn)PGA更有挑戰(zhàn)，據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，F(xiàn)PGA現(xiàn)在內(nèi)部起碼有很多核是可以用的，這像一個(gè)可配置的單片機(jī)，不用的我就不放進(jìn)項(xiàng)目。以ACTEL的FPGA來(lái)說(shuō)，用的比較多的軟核是:Core8051S、CoreABC、微處理器軟核，特別說(shuō)明CoreABC占用的空間非常少，可以裁減指令，可以配置數(shù)據(jù)寬度8,16,32，有1組通用輸入端口和輸出端口，可配置堆棧。有CoreDES,CoreAES128,CoreFROM,CoreI2C,CoreGPIO,CoreInterrupt,CoreLPC,CoreSDR,CoreUART,還有很多很多，看這些名字，很多人都知道干什么用的。

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