婴儿头上的头垢是精子:ARM、DSP、FPGA的探讨

则是作为嵌入式开发的协处理器，协助微处理器更好的实现产品功能。那三者的技术特点以及区

别是什么呢？下文就此问题略做了总结。

       ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉

价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。

        ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器，基本是32位单片机的行业标准，它

提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案，四个功能模块可供生产厂商根据不同用

户的要求来配置生产。由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品

中运行。目前ARM在手持设备市场占有90以上的份额，可以有效地缩短应用程序开发与测试的时

间，也降低了研发费用。

         DSP（digital singnal processor）是一种独特的微处理器，有自己的完整指令系统，是以数字

信号来处理大量信息的器件。一个数字信号处理器在一块不大的芯片内包括有控制单元、运算单

元、各种寄存器以及一定数量的存储单元等等，在其外围还可以连接若干存储器，并可以与一定

数量的外部设备互相通信，有软、硬件的全面功能，本身就是一个微型计算机。DSP采用的是哈

佛设计，即数据总线和地址总线分开，使程序和数据分别存储在两个分开的空间，允许取指令和

执行指令完全重叠。也就是说在执行上一条指令的同时就可取出下一条指令，并进行译码，这大

大的提高了微处理器的速度 。另外还允许在程序空间和数据空间之间进行传输，因为增加了器件

的灵活性。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删

除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程

性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化

电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特

色。由于它运算能力很强，速度很快，体积很小，而且采用软件编程具有高度的灵活性，因此为

从事各种复杂的应用提供了一条有效途径。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主

要特点：

（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；
（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；
（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；
（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；
（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；
（7）可以并行执行多个操作；
（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

        当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。

　　FPGA是英文Field Programmable Gate Array（现场可编程门阵列）的缩写，它是在PAL、

GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的

一种。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑

模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线

（Interconnect）三个部分。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻

辑。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编

程来修改。作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路，FPGA既解决了定制电路的不

足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。可以毫不夸张的讲，FPGA能完成任何数字器

件的功能，上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用FPGA来实现。FPGA如同一张白纸或

是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系

统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在PCB完成以后，还可以利用FPGA的在线

修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时

间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态

的，因此工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方

式。加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状

态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程

无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能

时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功

能。因此，FPGA的使用非常灵活。可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的

最佳选择之一。目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的

FIEX系列等。

　　ARM作为嵌入式开发最常用的处理器，是嵌入式工程师必须掌握的一门知识。ARM体系架构

在嵌入式学院<嵌入式工程师职业培训班>的二期课程中将会结合嵌入式linux应用开发、嵌入式linux

系统移植进行详细介绍，另外华清远见的短期培训业务中也分别有针对ARM、DSP、FPGA的培

训课程。

　　区别是什么？：ARM具有比较强的事务管理功能，可以用来跑界面以及应用程序等，其优势

主要体现在控制方面，而DSP主要是用来计算的，比如进行加密解密、调制解调等，优势是强大

的数据处理能力和较高的运行速度。FPGA可以用VHDL或verilogHDL来编程，灵活性强，由于能

够进行编程、除错、再编程和重复操作，因此可以充分地进行设计开发和验证。当电路有少量改

动时，更能显示出FPGA的优势，其现场编程能力可以延长产品在市场上的寿命，而这种能力可以

用来进行系统升级或除错。

      仍以机器视觉系统为例，在典型的产品应用中，是一个很复杂的系统设计，机械视觉首先需要输入输出，需要FPGA进行算法和数据整理，同时需要DDR做影像视觉处理和特征提取的算法，同时需要uProcessor做系统管理和通讯等，特别是一些高端的显示。C6A816x Integra DSP + ARM 处理器首先可以省掉接口，全部集成在这个芯片里。同时有定点、浮点DSP，还有高性能MPU、ARM部分。如下图，C6A816x可以替换掉图中的几款芯片，节约成本超过50%。同时在外部存储或者电源管理的芯片也会节省大量成本，不仅是成本大量减低，板子尺寸也会减少，同时系统可靠性会得到大幅度提高。

      在产品的设计过程中，有很多算法可以在DSP上做，同样也可以在ARM上来做，甚至现在有些应用如电脑上的算法可以在CPU上来跑，但是对于复杂算法而言，用DSP来实现效率会高。对于一些特定的算法，比如数据滤波、图象处理，如果放在DSP上做的话，效率会高出60%，此时ARM资源可以节省出来做更多的应用，因而系统的总体性能会大大提高。如果这个算法用在特别高的应用场合， ARM+DSP便起到事半功倍的效果。

      由此可见，Integra DSP + ARM 的组合架构堪称理想架构， DSP 可专门用于处理密集型信号处理需求、复杂的数学函数以及影像处理算法，而 ARM 则可用于实现图形用户界面 (GUI)、网络连接、系统控制以及多种操作系统（Linux、Microsoft? Windows? Embedded Compact 7 以及 Android 等）下的应用处理。C6A816x Integra DSP + ARM 处理器还集成大量可降低系统成本、提高系统性能的高带宽外设，非常适用于机器视觉、测量测试以及跟踪控制应用。