單片機和PLD有什么聯(lián)系與區別

2022-08-10

 信息技術(shù)正在快捷發(fā)展，其應用已經(jīng)深層到各個(gè)領(lǐng)域各個(gè)方面。如今越來(lái)越多的電子產(chǎn)品向著(zhù)智能化、微型化、低功耗方向開(kāi)展，其中有的產(chǎn)品還須要實(shí)時(shí)控制和信號處理。電子系統的復雜性在不斷增加，它迫切要求技術(shù)也有相應的變革和飛躍。用于純SSI數字電路設計系統工作量大，靈敏性低，而且系統可靠性差。

廣泛用于單片機設計系統克服了純SSI數字電路系統許多不可逾越的困難，是一個(gè)具有非凡意義的飛躍。而DSP以其極強的信號處理功能贏(yíng)得了廣闊的市場(chǎng)，得到了廣泛地應用。近年來(lái)，PLD器件迅速開(kāi)展，尤其是CPLD/ FPGA向深亞微米領(lǐng)域進(jìn)軍，PLD器件得到了廣泛應用，以CPLD/ FPGA為物質(zhì)根底的EDA技術(shù)誕生了。它具有電子技術(shù)高度智能化、自動(dòng)化的特點(diǎn)，打破了軟硬件的屏障，使得硬件設計如同軟件設計一樣簡(jiǎn)略。它作為一種創(chuàng )新技術(shù)正在變更著(zhù)數字系統的設計方法、設計過(guò)程和設計觀(guān)念。單片機，DSP，PLD/ EDA以其各自的特點(diǎn)滿(mǎn)足了各種須要，正從各個(gè)領(lǐng)域各個(gè)層面變更著(zhù)世界，它們已經(jīng)成為數字時(shí)代的核心動(dòng)力，推動(dòng)著(zhù)信息技術(shù)的快捷開(kāi)展。

以下，我們將對單片機，DSP，PLD/ EDA分別加以介紹，并作比較和分析。

單片機

單片機是集成了CPU，ROM，RAM和I/ O口的微型計算機。它有很強的接口性能，非常合適于工業(yè)控制，因此又叫微控制器（MCU）。它與通用途理器不一樣，它是以工業(yè)測控對象、環(huán)境、接口等特點(diǎn)出發(fā)，向著(zhù)增強控制功能，提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性、靈敏方便地構成應用計算機系統的界面接口的方向開(kāi)展。所以，單片機有著(zhù)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，許多公司對它做出改進(jìn)，開(kāi)展成為增強型51系列，而且新的單片機類(lèi)型也不斷涌現。如MOTOROLA和PHIL IPS均有幾十個(gè)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非常豐盛，有的單片機集成有A/ D，“看門(mén)狗”，PWM，顯示驅動(dòng)，函數發(fā)生器，鍵盤(pán)控制等，它們的價(jià)格也高低不等，這樣極大地滿(mǎn)足了開(kāi)發(fā)者的選擇自取決。

　低電壓和低功耗

隨著(zhù)超大規模集成電路的發(fā)展，NMOS工藝單片機被CMOS代替，并開(kāi)始向HMOS過(guò)渡。供電電壓由5V降到3V，2V甚至到1V，工作電流由mA降至μA，這在便攜式產(chǎn)品中大有用武之地。

DSP芯片

DSP又叫數字信號處理器。顧名思義，DSP主要使用在數字信號處理領(lǐng)域，非常合適高密度，反復運算及大數據容量的信號處理。此時(shí)已經(jīng)廣泛應使用在通信、便攜式計算機和便攜式儀表、雷達、圖像、航空、家用電器、醫療設備等領(lǐng)域，常見(jiàn)的手機、數字電視和數碼相機都離不開(kāi)DSP。DSP使用在手機和基站中為挪動(dòng)通信的開(kāi)展做出重要貢獻，將在2. 5G和3G中扮演重要角色。能夠說(shuō)，DSP已經(jīng)融入到生活的方方面面。

DSP相對于實(shí)際微處理器作了很大的擴充和增強，主要是：

a）修正的哈佛構造，多總線(xiàn)技術(shù)以及流水線(xiàn)構造。將程序與數據存儲器分開(kāi)，用于多總線(xiàn)，取指令和取數據同時(shí)進(jìn)行，以及流水線(xiàn)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。這是區別于實(shí)際微處理器的重要標志。實(shí)際微處理器用軟件實(shí)現乘法，逐條執行指令，速度慢。而DSP依靠硬件乘法器單周期完成乘法運算，而且還具有專(zhuān)門(mén)的信號處理指令，如TM320系列的FIRS，LMS，MACD指令等。

EDA技術(shù)

當今電子系統的復雜性在不斷增加，而電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來(lái)越快，傳統的設計方法難以適應。隨著(zhù)計算機技術(shù)的開(kāi)展，ECAD在某種程度上減輕了設計人員的工作壓力，但其智能化、自動(dòng)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。它正變更著(zhù)數字系統和設計方法，設計過(guò)程和設計觀(guān)念。

EDA（即Electronic Design AutomaTIon）即電茲【鯊計自動(dòng)化，它是以計算機為工具，在EDA軟件平臺上，對用硬件描述語(yǔ)言HDL完成的設計文件自動(dòng)地邏輯編譯、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線(xiàn)、邏輯仿真，直至對于特定宗旨芯片進(jìn)行適配編譯、邏輯影射和編程下載等。設計者只需用HDL語(yǔ)言完成系統功能的描述，借助EDA工具就可得到設計結果，將編譯后的代碼下載到宗旨芯片就可在硬件上實(shí)現。這里的宗旨芯片就是PLD器件（ FPGA/CPLD）。FPGA/ CPLD是EDA技術(shù)的物質(zhì)根底，這兩者是分不開(kāi)的。能夠說(shuō)沒(méi)有PLD器件，EDA技術(shù)就成為沒(méi)源之水。

DSP相對于實(shí)際微處理器作了很大的擴充和增強，主要是：

a）修正的哈佛構造，多總線(xiàn)技術(shù)以及流水線(xiàn)構造。將程序與數據存儲器分開(kāi)，用于多總線(xiàn)，取指令和取數據同時(shí)進(jìn)行，以及流水線(xiàn)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。這是區別于實(shí)際微處理器的重要標志。實(shí)際微處理器用軟件實(shí)現乘法，逐條執行指令，速度慢。而DSP依靠硬件乘法器單周期完成乘法運算，而且還具有專(zhuān)門(mén)的信號處理指令，如TM320系列的FIRS，LMS，MACD指令等。

EDA技術(shù)作為一種現代電子系統開(kāi)發(fā)方式，具有兩方面特點(diǎn)。

修改軟件程序即可改變硬件

取決于FPGA/ CPLD能夠通過(guò)軟件編程對該硬件的構造和工作方式進(jìn)行重構，修改軟件程序就相當于變更了硬件，這是非常有用的。軟件能夠用于自頂向下的設計方案，而且能夠多個(gè)人分工并行工作，這些年來(lái)IP核產(chǎn)業(yè)的崛起，將若干軟核聯(lián)合起來(lái)就能夠構成一個(gè)完整的系統，這一切極大地縮短了開(kāi)發(fā)周期和上市時(shí)長(cháng)，有利于在激烈的市場(chǎng)競爭中搶占先機。

速度快，可靠性高

MCU和DSP都是通過(guò)串行執行指令來(lái)實(shí)現特定功能，不可避免低速，而FPGA/ CPLD則可實(shí)現硬件上的并行工作，在實(shí)時(shí)測控和高速應用領(lǐng)域前景廣闊;另一方面，FPGA/CPLD器件在功能開(kāi)發(fā)上是軟件實(shí)現的，但物理機制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。而MCU和DSP芯片在強干擾條件下，尤其是強電磁干擾下，很也許越出正常的工作流程，出現PC跑飛表象。EDA高可靠性正好克服了它們這一先天不足。

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