單片機(jī),DSP,PLD,EDA的介紹,比較和分析

1、摘要:當(dāng)今，數(shù)字時代的核心動力便是單片機(jī),DSP,PLD/EDA,以其各自的特點(diǎn)滿足了各種需要，推動著信息技術(shù)的快速發(fā)展。這里將對這三類電子產(chǎn)品分別加以介紹，并作比較和分析。關(guān)鍵詞：單片機(jī)(Single-chipMicrocomputer);數(shù)字信號處理(DSP);可編程邏輯器件(PLD)/電子送上自動化(EDA)引言信息技術(shù)正在快速發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)深入到各個領(lǐng)域各個方面。如今越來越多的電子產(chǎn)品向著智能化、微型化、低功耗方向發(fā)展，其中有的產(chǎn)品還需要實(shí)時控制和信號處理。電子系統(tǒng)的復(fù)雜性在不斷增加，它迫切要求電子設(shè)計技術(shù)也有相應(yīng)的變革和飛躍。 使用純 SSI 數(shù)字里路設(shè)計系統(tǒng)工彳量大，靈活性低，而

2、且系統(tǒng)可靠性差。廣泛使用單片機(jī)(MCU)設(shè)計系統(tǒng)克服了純 SSI 數(shù)字電路系統(tǒng)許多不可逾越的困難，是一個具有里程碑意義的飛躍。而 DSP 以其極強(qiáng)的信號處理功能贏得了廣闊的市場得到了廣泛地應(yīng)用。近年來，PLD 器件迅速發(fā)展，尤其是CPLD/FPGA 向深亞微米領(lǐng)域進(jìn)軍，PLD 器件得到了廣泛應(yīng)坦，以 CPLD/FPGA 為物質(zhì)基礎(chǔ)的 EDA 技術(shù)誕生了。它具有電子技術(shù)高度智能化、自動化的特點(diǎn)，打破了軟硬件最后的屏障，使得硬件設(shè)計如同軟件設(shè)計一樣簡單。它作為一種創(chuàng)新技術(shù)正在改變著數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法、設(shè)計過程和設(shè)計觀念。單片機(jī)，DSP,PLD/EDA 以其各自的特點(diǎn)滿足了各種需要，正從各個領(lǐng)域各個

3、層面改變著世界，它們已經(jīng)成為數(shù)字時代的核心動力，推動著信息技術(shù)的快速發(fā)展。以下，我們將對單片機(jī),DSP,PLD/EDA 分別加以介紹，并作比較和分析。單片機(jī)單片機(jī)是集成了 CPU,ROM,RAM 和 I/O的微型計算機(jī)。它有很強(qiáng)的接口性能，非常適合于工業(yè)控制，因此又叫微控制器(MCU)。它與通用處理器不同，它是以工業(yè)測控對象、環(huán)境、接口等特點(diǎn)出發(fā)，向著增強(qiáng)控制功能，提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性、靈活方便地構(gòu)成應(yīng)用計算機(jī)系統(tǒng)的界面接口的方向發(fā)展。所以，單片迎有著自己的特點(diǎn)。品種齊全，型號多樣自從 INTEL 推出 51 系列單片機(jī)，許多公司對它做出改進(jìn)，發(fā)展成為增強(qiáng)型 51 系列，而且新的單片機(jī)類型也

4、不斷涌現(xiàn)。如 MOTOROLA 和 PHILIPS 均有幾十個系列，幾百種產(chǎn)品。CPU 從 8,16,32 到 64位,多采用 RISC 技術(shù)，片上 I/O 非常豐富，有的單片機(jī)集成有 A/D,看門狗”，PWM,顯示驅(qū)動，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等，它們的價格也高低不等，這樣極大地滿足了玨生者的選擇自由。低電壓和低功耗隨著超大規(guī)模集成電版的發(fā)展,NMOS 工藝單片機(jī)被 CMOS 代替，并開始向 HMOS 過渡。供電電壓由5V 降到 3V,2V 甚至到 1V，工作電流由 mA 降至仆，這在便攜式產(chǎn)品中大有用武之地。DSP 芯片DSP 又叫數(shù)字信號處理器。顧名思義，DSP 主要用于數(shù)字信號處理領(lǐng)域，非

5、常適合高密度，重復(fù)運(yùn)算及大數(shù)據(jù)容量的信號處理?，F(xiàn)在已經(jīng)廣泛匣坦于通信、便攜式計算機(jī)和便攜式儀表、雷達(dá)、圖像、航空、家用電器、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，常見的手機(jī)、數(shù)字電視和數(shù)碼相機(jī)都離不開 DSP。DSP 用于手機(jī)和基站中為移動通信的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)，將在 2.5G 和 3G 中扮演重要角色?？梢哉f，DSP 已經(jīng)融入到生活的方方面面。DSP 相對于一般微處理器作了很大的擴(kuò)充和增強(qiáng)，主要是：a)修正的哈佛結(jié)構(gòu)，多總線技術(shù)以及流水線結(jié)構(gòu)。將程序與數(shù)據(jù)存儲器分開，使用多總線，取指令和取數(shù)據(jù)同時進(jìn)行，以及流水線技術(shù)，這使得速度有了較大的提高。b)硬件乘法器以及特殊指令。這是區(qū)別于一般微處理器的重要標(biāo)志。一般微處

6、理器用軟件實(shí)現(xiàn)乘法逐條執(zhí)行指令，速度慢。而 DSP 依靠硬件乘法器單周期完成乘法運(yùn)算，而且還具有專門的信號處理指令，如 TM320 系列的 FIRS,LMS,MACD 指令等。EDA 技術(shù)當(dāng)今電子系統(tǒng)的復(fù)雜性在不斷增加，而電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，傳統(tǒng)的設(shè)計方法難以適應(yīng)。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，ECAD 在某種程度上減輕了設(shè)計人員的工作壓力，但其智能化、自動化水平仍不盡人意。于是 EDA 技術(shù)作為一種全新的技術(shù)誕生了。它正改變著數(shù)字系統(tǒng)和設(shè)計方法，設(shè)計過程和設(shè)計觀念。EDA(即 ElectronicDesignAutomation)即電子設(shè)計自動化，它是以計算機(jī)為工具，在 EDA 軟件平臺上，

7、對用硬件描述語言 HDL 完成的設(shè)計文件自動地邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片進(jìn)行適配編譯、邏輯影射和編程下載等。設(shè)計者只需用 HDL 語言完成系統(tǒng)功能的描述，借助 EDA 工具就可得到皿結(jié)果，將編譯后的代碼下載到目標(biāo)芯片就可在硬件上實(shí)現(xiàn)。這里的目標(biāo)芯片就是 PLD 器件(FPGA/CPLD)。FPGA/CPLD 是 EDA 技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，這兩者是分不開的?？梢哉f沒有 PLD 器件，EDA 技術(shù)就成為無源之水。EDA 技術(shù)作為一種現(xiàn)代電子系統(tǒng)左覆方式，具有兩方面特點(diǎn)。修改軟件程序即可改變硬件由于 FPGA/CPLD 可以通過軟件編程對

8、該硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，修改軟件程序就相當(dāng)于改變了硬件，這是非常有用的。軟件可以使用自頂向下的設(shè)計方案，而且可以多個人分工并行工作，這些年來 IP 核產(chǎn)業(yè)的崛起，將若干軟核結(jié)合起來就可以構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，這一切極大地縮短了開發(fā)周期和上市時間，有利于在激烈的市場競爭中搶占先機(jī)。速度快，可靠性高M(jìn)CU 和 DSP 都是通過串行執(zhí)行指令來實(shí)現(xiàn)特定功能，不可避免低速，而 FPGA/CPLD 則可實(shí)現(xiàn)硬件上的并行工作，在實(shí)時測控和高速應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊；另一方面，F(xiàn)PGA/CPLD 器件在功能開發(fā)上是軟件實(shí)現(xiàn)的，但物理機(jī)制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。而 MCU 和 DSP 芯片在強(qiáng)干擾條件下，

9、尤其是強(qiáng)電磁干擾下，很可能越出正常的工作流程，出現(xiàn) PC 跑飛現(xiàn)象。EDA 高可靠性正好克服了它們這一先天不足。結(jié)束語單片機(jī)，DSP 和 FPGA/CPLD 各具牛 1 色，滿足了不同需要，已經(jīng)成為數(shù)字時代的核心動力。為了充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢，三者結(jié)合成為一個新的發(fā)展趨勢。MCU 與 DSP 的結(jié)合MCU 價格底，能很好地完成通信和智能控制的任務(wù)，但信號處理能力差。DSP 恰好相反。把兩者結(jié)合，能滿足同時需要智能控制和數(shù)字信號處理的場合，如蜂窩電話，無繩網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等，這有利于減小體積，降低功耗和成本。DSP 和 FPGA/CPLD 的結(jié)合由于 FPGA/CPLD 兼有串/并行工作方式， 高速度和寬口徑適用性等特點(diǎn)， 將 DSP 與 FPGA 集成在一個芯片上，可實(shí)現(xiàn)寬帶信號處理，極大地提高信號處理速度。另外,FPGA 可以進(jìn)