2基于可編程邏輯器件的電子設計

1、EDAEDA技術技術數字系統的設計數字系統的設計EDAEDA技術與技術與PLDPLDARMARM、DSPDSP、PLD/FPGAPLD/FPGA的技術特點和區(qū)別的技術特點和區(qū)別初級電子設計工程師認證綜合知識考試命題范圍初級電子設計工程師認證綜合知識考試命題范圍什么是什么是EDAEDA技術？技術？ EDAEDA（Electronic Design AutomationElectronic Design Automation，電子設計自動化）電子設計自動化）是在計算機的輔助下完成電子產品設計的一種先進的硬件是在計算機的輔助下完成電子產品設計的一種先進的硬件設計技術！設計技術！ 是立足于計算機工作平

2、臺開發(fā)出來的一整套先進的設計電是立足于計算機工作平臺開發(fā)出來的一整套先進的設計電子系統的子系統的軟件工具軟件工具。計算機并口計算機并口器件編程接口器件編程接口PCB BoardPCB BoardPLD編程目編程目標文件標文件EDAEDA技術技術一、一、EDAEDA技術技術是立足于計算機工作平臺開發(fā)出來的一整套先進的設計電子系統的軟件工具。是在計算機的輔助下完成電子產品設計方案的輸入、處理、仿真和下載的一種硬件設計技術。是微電子技術中的核心技術之一，是現代集成系統設計的重要方法。EDAEDA技術技術2 2EDAEDA技術的歷史技術的歷史 以以計算機計算機科學、科學、微電子微電子技術的發(fā)展為基礎技

3、術的發(fā)展為基礎 匯集了計算機圖形學、拓撲學和計算數學等學科的最新成果匯集了計算機圖形學、拓撲學和計算數學等學科的最新成果（1 1）CADCAD（Computer-Aided DesignComputer-Aided Design）階段（階段（1964197819641978）“上帝時代”最早的EDA技術：電路模擬、邏輯模擬、MOS同步和模擬、PCB布局、線路布線和標準電池等技術 只能進行PCB板布局布線和簡單版圖繪制EDAEDA技術技術（2 2）CAECAE（Computer-Aided EngineeringComputer-Aided Engineering）階段（階段（197819971

4、9781997） “英雄英雄時代時代” 電子電子CADCAD工具逐步完善，單點工具集成化工具逐步完善，單點工具集成化 并從技術上向并從技術上向CAECAE過渡：誕生了先進的布局和布線、邏輯綜合、過渡：誕生了先進的布局和布線、邏輯綜合、HDLHDL語言、模擬加速器和仿真器以及高級綜合等技術語言、模擬加速器和仿真器以及高級綜合等技術（3 3）EDAEDA階段（階段（19931993現在）現在） “人性人性時代時代” ” 微電子工藝飛速發(fā)展，工藝水平已達到深亞微米級；晶體管集成微電子工藝飛速發(fā)展，工藝水平已達到深亞微米級；晶體管集成度提高到百萬門甚至千萬門級；因特網開始進入廣泛應用階段，度提高到百萬

5、門甚至千萬門級；因特網開始進入廣泛應用階段，工程師們開始設計系統級芯片工程師們開始設計系統級芯片(systems-on-chip)(systems-on-chip) EDAEDA技術發(fā)展到物理校驗、布局、邏輯綜合、模擬設計以及軟件技術發(fā)展到物理校驗、布局、邏輯綜合、模擬設計以及軟件/ /硬件協同設計。硬件協同設計。 EDAEDA技術已成為電子設計的重要工具技術已成為電子設計的重要工具 EDAEDA技術受制造技術驅動而發(fā)展技術受制造技術驅動而發(fā)展 隨微電子技術、計算機技術而發(fā)展隨微電子技術、計算機技術而發(fā)展EDAEDA技術技術3 3現代現代EDAEDA技術的特點技術的特點 特征：采用高級語言描述

6、，具有系統級仿真和綜合能力（1 1）采用硬件描述語言采用硬件描述語言HDLHDL（Hardware Description LanguageHardware Description Language）v 與原理圖設計方法相比： 更適于描述更適于描述大規(guī)模大規(guī)模的系統的系統 在在抽象抽象的層次上描述系統的的層次上描述系統的結構結構與與功能功能v 采用HDL的優(yōu)點： 語言的公開可利用性語言的公開可利用性 設計與工藝的無關性設計與工藝的無關性 寬范圍的描述能力寬范圍的描述能力系統級、算法級、系統級、算法級、RTLRTL級、門級、開關級級、門級、開關級 便于組織大規(guī)模系統的設計便于組織大規(guī)模系統的設計

7、 便于設計的復用、交流、保存與修改便于設計的復用、交流、保存與修改EDAEDA技術技術（2 2）高層綜合和優(yōu)化高層綜合和優(yōu)化 支持系統級的綜合與優(yōu)化。支持系統級的綜合與優(yōu)化。 綜合：通過：通過EDAEDA工具把用工具把用HDLHDL語言描述的模塊自動轉換為用門級語言描述的模塊自動轉換為用門級電路網表表示的模塊，即將電路映射到器件的專用基本結構。電路網表表示的模塊，即將電路映射到器件的專用基本結構。 優(yōu)化：采用優(yōu)化算法，將設計簡化，去除冗余項，提高系統運行：采用優(yōu)化算法，將設計簡化，去除冗余項，提高系統運行速度。速度。（3 3）并行工程并行工程 定義：一種系統化的、集成化的、并行的產品及相關過程

8、（指制：一種系統化的、集成化的、并行的產品及相關過程（指制造和維護）的開發(fā)模式。造和維護）的開發(fā)模式。 現代現代EDAEDA工具建立了并行工程框架結構的開發(fā)環(huán)境，支持多人同工具建立了并行工程框架結構的開發(fā)環(huán)境，支持多人同時并行進行設計。時并行進行設計。一種軟件平臺結構（4 4）開放性和標準化開放性和標準化開放性開放性： EDA工具只要具有符合標準的開放式框架結構，就可以接納其他廠商的EDA工具一起進行設計資源共享標準化標準化：隨著設計數據格式標準化EDA框架標準化，即在同一個工作站上集成各具特色的多種EDA工具，它們能夠協同工作。 EDAEDA技術技術4 4EDAEDA技術的范疇和應用技術的范

9、疇和應用 可分為系統級、門級和物理實現級三個層次的輔助設計過程 涵蓋了從系統級設計到版圖設計的全過程，涉及電子電路設計的各個領域：IC版圖設計PLD開發(fā)電路（原理）設計 模擬電路模擬電路 數字電路數字電路 混合電路混合電路 高速電路高速電路PCB板設計本本課程內容課程內容EDAEDA技術技術5 5EDAEDA技術發(fā)展的現狀技術發(fā)展的現狀 EDA技術在進入21世紀后，得到了更大的發(fā)展，突出表現在以下幾個方面： 使電子設計成果以自主知識產權的方式得以明確表達和確認成為可能； 在設計和仿真兩方面支持標準硬件描述語言的功能強大的EDA軟件不斷推出。 電子技術全方位納入EDA領域； EDA使得電子領域各

10、學科的界限更加模糊，更加互為包容； 更大規(guī)模的FPGA和CPLD器件不斷推出； 基于EDA工具的ASIC設計標準單元已涵蓋大規(guī)模電子系統及IP核模塊； 軟硬件IP核在電子行業(yè)的產業(yè)領域、技術領域和設計應用領域得到進一步確認； SoC高效低成本設計技術的成熟。EDAEDA技術技術6 6EDAEDA技術的發(fā)展方向技術的發(fā)展方向（1）將沿著智能化、高性能、高層次綜合方向發(fā)展（2）支持軟硬件協同設計 芯片和芯片工作所需的應用軟件同時設計，同時完成。芯片和芯片工作所需的應用軟件同時設計，同時完成。 采用協同設計，可以及早發(fā)現問題，保證一次設計成功，采用協同設計，可以及早發(fā)現問題，保證一次設計成功，縮短開

11、發(fā)周期，這在設計大系統時尤為重要?？s短開發(fā)周期，這在設計大系統時尤為重要。 （3）采用描述系統的新的設計語言 這種語言統一對硬件和軟件進行描述和定義，從開始設這種語言統一對硬件和軟件進行描述和定義，從開始設計功能參數的提出直至最終的驗證。計功能參數的提出直至最終的驗證。 能夠使設計過程一體化；設計效率更高；而且必須從現能夠使設計過程一體化；設計效率更高；而且必須從現存的方法學中深化出來存的方法學中深化出來。 （4） 推出更好的仿真和驗證工具 隨著單一芯片上邏輯門數量超過百萬門，對設計的驗證隨著單一芯片上邏輯門數量超過百萬門，對設計的驗證工作將變得比設計任務本身還要艱難。工作將變得比設計任務本身

12、還要艱難。數字系統設計數字系統設計問題的提出問題的提出設計一個設計一個電子秒表電路電子秒表電路，使之完成以下功能：，使之完成以下功能：按按0.01s0.01s的步長進行計時；的步長進行計時；具有異步清零和啟動具有異步清零和啟動/ /停止計數功能；停止計數功能；并用數碼管顯示其秒高位、秒低位，百分秒高位、并用數碼管顯示其秒高位、秒低位，百分秒高位、百分秒低位。百分秒低位。為便于顯示，秒和百分秒信號均采用為便于顯示，秒和百分秒信號均采用BCDBCD碼計數方碼計數方式。式。 問題的提出（續(xù)）問題的提出（續(xù)）輸入信號：clk：系統時鐘信號，f=50MHz；clr：異步清零信號，負脈沖有效；starts

13、top：啟/停信號，負脈沖有效。輸出信號：dsec6.0：驅動數碼管，顯示秒高位；sec6.0：驅動數碼管，顯示秒低位；cn：分鐘的進位信號，接發(fā)光二極管，高有效；secd6.0、secm6.0 分別顯示百分秒高位和百分秒低位。解決方案解決方案11傳統的數字系統設計方法傳統的數字系統設計方法1. 根據設計要求劃分功能模塊；2. 確定輸入和輸出的關系，畫出真值表；3. 由真值表寫出邏輯表達式；4. 利用公式或卡諾圖進行人工化簡；5. 根據化簡后的邏輯表達式畫出電路原理圖；6. 在面包板上進行實驗，驗證電路的正確性；7. 若無錯誤，再在透明薄膜上用貼圖符號貼PCB圖；8. 檢查后送制板廠制板；9.

14、 對PCB板進行安裝、調試，若有大的錯誤，修改設計，重復以上過程，重新制板。搭積木的方式！搭積木的方式！基于基于電路板電路板的設計方法的設計方法采用固定功能的器件采用固定功能的器件（通用型器件），通過設計（通用型器件），通過設計電路板電路板來實現系統功能來實現系統功能解決方案解決方案22現代的數字系統設計方法現代的數字系統設計方法 首先在計算機上安裝EDA軟件，它們能幫助設計者自動完成幾乎所有的設計過程；再選擇合適的PLD芯片，可以在一片芯片中實現整個數字系統?；诨谛酒酒脑O計方法的設計方法采用采用PLDPLD（可編程邏輯器件）可編程邏輯器件），利用利用EDAEDA開發(fā)工具，通過開發(fā)工具

15、，通過芯片芯片設計來實現系統功能。設計來實現系統功能。EDA軟件軟件空白空白PLD+數字系統數字系統編程編程現代的數字系統設計方法現代的數字系統設計方法1.根據設計要求劃分功能模塊2. PLD開發(fā)（利用EDA工具）（1）設計輸入：采用硬件描述語言（HDL），用條件語句或賦值語句表示輸入和輸出的邏輯關系，將整個程序輸入到計算機中；（2）設計的編譯：EDA工具可自動進行邏輯綜合，將功能描述轉換為門級描述，或轉換成具體PLD的網表文件，將網表文件自動適配到具體芯片中進行布局布線；（3）功能仿真和時序仿真；（4）編程下載到實際芯片中，在實驗臺上進行驗證；（5）在每一階段若有問題，可在計算機上直接修改設

16、計，重復以上過程?，F代的數字系統設計方法現代的數字系統設計方法3. 設計包含PLD芯片的電路板（1）在計算機上利用EDA軟件畫電路原理圖；（2） 進行電氣規(guī)則檢查無誤后，自動生成網表文件；（3） 利用EDA軟件畫PCB圖，自動布線；（4） 自動進行設計規(guī)則檢查，無誤后輸出文件，制板。 優(yōu)點優(yōu)點：效率高效率高所有這一切，幾乎都是借助計算機利所有這一切，幾乎都是借助計算機利用用EDAEDA軟件軟件自動自動完成！完成！容易檢查錯誤，便于修改；容易檢查錯誤，便于修改；設計周期短、成功率很高設計周期短、成功率很高 ；產品體積小。產品體積小。EDAEDA技術的范疇技術的范疇模擬電路模擬電路數字電路數字電路

17、混合電路混合電路設計輸入設計輸入邏輯綜合邏輯綜合仿真仿真編程下載編程下載本課程內容本課程內容！學習學習EDA到到底有什么用底有什么用呢？呢？真有趣，可以按自己的想法設計一個芯片！真有趣，可以按自己的想法設計一個芯片！我也要參加全國大學我也要參加全國大學生電子設計競賽！生電子設計競賽！呀，畢業(yè)設計和馮如杯正好能用得上哎！呀，畢業(yè)設計和馮如杯正好能用得上哎！原來在一個芯片里就可以設計原來在一個芯片里就可以設計一個完整的計算機系統呀！一個完整的計算機系統呀！找工作時也算得上一技之長哦！找工作時也算得上一技之長哦！數字系統的設計數字系統的設計 數字電路數字電路：對數字信號進行對數字信號進行算術算術運算

18、和運算和邏輯邏輯運算的電路。運算的電路。 數字集成電路數字集成電路：在一塊半導體基片上，把眾多的數字電路在一塊半導體基片上，把眾多的數字電路基本單元制作在一起形成的數字電路基本單元制作在一起形成的數字電路 。 數字集成電路按集成度分數字集成電路按集成度分 每塊包含基本元件數小小規(guī)模集成電路規(guī)模集成電路SSICSSIC， 10 10 100 100個；個；中中規(guī)模集成電路規(guī)模集成電路MSICMSIC， 100 100 1000 1000個；個；大大規(guī)模集成電路規(guī)模集成電路LSICLSIC， 1000 1000 10000 10000個；個；超大超大規(guī)模集成電路規(guī)模集成電路VLSICVLSIC，

19、1000010000個以上。個以上。 2. 2. 數字集成電路數字集成電路數字系統的設計數字系統的設計按邏輯功能的特點分按邏輯功能的特點分：（1）通用型：具有很強的通用性，邏輯功能較簡單，且固定具有很強的通用性，邏輯功能較簡單，且固定不變。不變。（2）專用型：即專用集成電路即專用集成電路ASICASIC（Application Specific Application Specific Integrated CircuitIntegrated Circuit），），為某種專門用途而設計的集成電路。為某種專門用途而設計的集成電路。 數字系統的發(fā)展得益于數字系統的發(fā)展得益于數字器件數字器件和和集成

20、技術集成技術的發(fā)展。的發(fā)展。摩爾定律（摩爾定律（Moores lawMoores law）：每每1818個個月，芯片集成度提高月，芯片集成度提高1 1倍，功耗下降一半倍，功耗下降一半。數字系統的設計數字系統的設計 SSICMSIC LSIC VLSIC SOC（System On Chip片上系統）SOPC（System On a Programmable Chip，可編程片上系統）3. 3. 數字器件的發(fā)展數字器件的發(fā)展4. 4. 集成（集成（ICIC，Integrated CircuitsIntegrated Circuits）技術的發(fā)展技術的發(fā)展 芯片的工藝線寬越來越小芯片的工藝線寬越來

21、越小 從從19971997年的年的0.350.35 m m，發(fā)展到現在的發(fā)展到現在的90nm90nm。 設計周期越來越短設計周期越來越短 19971997年時需要年時需要12121818月，現在可能只需要半年甚至更短！月，現在可能只需要半年甚至更短！ 集成度越來越高集成度越來越高 從從19971997年的年的2020萬萬5050萬門，發(fā)展到現在的幾千萬門。萬門，發(fā)展到現在的幾千萬門。數字系統的設計數字系統的設計 最具有代表性的IC芯片：微控制芯片微控制芯片（MCU，Micro Control Unit）可編程邏輯器件（可編程邏輯器件（PLD，Programmable Logic Device）

22、 數字信號處理器（數字信號處理器（DSP，Digital Signal Processor）大規(guī)模存儲芯片（大規(guī)模存儲芯片（RAM/ROM，Random Access Memory/Read Only Memory）光電集成芯片（光電集成芯片（OEIC，Optical Electronic IC） 以上這些器件構成了現代數字系統的基石。以上這些器件構成了現代數字系統的基石。數字系統的設計數字系統的設計二、二、傳統傳統的數字系統設計方法的數字系統設計方法n 基于電路板采用固定功能器件（通用型器件），通過設計電路板來實現系統功能寫出真值表或狀態(tài)表寫出真值表或狀態(tài)表推出邏輯表達式推出邏輯表達式化簡化

23、簡邏輯電路圖邏輯電路圖用小規(guī)模邏輯器件來實現用小規(guī)模邏輯器件來實現采用自下而上（Bottom Up）的設計方法采用通用型邏輯器件搭積木式的方式 在系統硬件設計的后期進行仿真和調試 主要設計文件是電路原理圖 數字系統的設計數字系統的設計三、三、現代現代的數字系統設計方法的數字系統設計方法 基于芯片采用PLD，利用EDA開發(fā)工具，通過芯片設計來實現系統功能。計算機計算機+EDA軟件軟件空白空白PLD+ 數字系統數字系統通常采用自上而下（Top Down）的設計方法采用可編程邏輯器件 在系統硬件設計的早期進行仿真主要設計文件是用硬件描述語言編寫的源程序降低了硬件電路設計難度自行定義器件內部的邏輯和引

24、腳寫出真值表或狀態(tài)表 EDA開發(fā)工具自動進行邏輯綜合 模擬仿真編程下載到PLD中數字系統的設計數字系統的設計特 點傳統方法現代方法采用器件通用型器件通用型器件PLD設計對象電路板電路板芯片芯片設計方法自下而上自下而上自上而下自上而下仿真時期系統硬件設計后期系統硬件設計后期系統硬件設計早期系統硬件設計早期主要設計文件電路原理圖電路原理圖HDL語言編寫的程序語言編寫的程序數字系統的兩種設計方法比較數字系統的兩種設計方法比較數字系統的設計數字系統的設計1. 1.自上而下的設計（自上而下的設計（Top DownTop Down）占據主導地位 輔助的設計手段 功能模塊劃分子模塊設計系統級設計系統級設計功

25、能級描述功能級描述功能仿真功能仿真門級描述門級描述時序仿真時序仿真若仿真未通若仿真未通過，則需修過，則需修改設計！改設計！2.2.自下而上的設計（自下而上的設計（Bottom UpBottom Up）設計基本單元設計基本單元構成子模塊構成子模塊子系統子系統系統系統EDAEDA技術與技術與PLDPLD什么是什么是PLDPLD？1 1什么是什么是PLDPLD？ PLD：Programmable Logic Device，可編程邏輯器件是用戶可自行定義其邏輯功能的一種專用集成電路（ASIC）。 作為一種通用型器件生產，作為一種通用型器件生產，但但其邏輯功能由用戶通過器件編程其邏輯功能由用戶通過器件編

26、程自行設定。自行設定。 PLDPLD是一種數字集成電路的是一種數字集成電路的半成品半成品，在它的芯片上按照一定的，在它的芯片上按照一定的排列方式集成了大量的門和觸發(fā)器等基本邏輯元件，使用者可排列方式集成了大量的門和觸發(fā)器等基本邏輯元件，使用者可以利用某種開發(fā)工具對它進行加工，等于把片內的元件連接起以利用某種開發(fā)工具對它進行加工，等于把片內的元件連接起來，使它完成某個邏輯電路或系統功能，成為一個可以在實際來，使它完成某個邏輯電路或系統功能，成為一個可以在實際電子系統中使用的專用集成電路。電子系統中使用的專用集成電路。PLD集中了通用型集中了通用型器件和器件和ASIC的優(yōu)的優(yōu)點！點！EDAEDA技

27、術與技術與PLDPLD2 2PLDPLD的特點的特點（1）編程方便：利用開發(fā)工具，用戶可反復編程、擦除，利用開發(fā)工具，用戶可反復編程、擦除，修改設計方便修改設計方便 （2）集成度高：單片邏輯門數已達數十萬門甚至上百萬門單片邏輯門數已達數十萬門甚至上百萬門（3）速度快（4）價格低（5）開發(fā)周期短：EDAEDA開發(fā)工具齊全，設計人員在很短時間開發(fā)工具齊全，設計人員在很短時間內可完成電路設計的輸入、編譯、仿真和編程，大大縮短內可完成電路設計的輸入、編譯、仿真和編程，大大縮短了開發(fā)周期。了開發(fā)周期。 EDAEDA技術與技術與PLDPLD三、三、PLDPLD的發(fā)展演變的發(fā)展演變 發(fā)展于20世紀70年代初

28、。 主要有FPLA、PAL、GAL、CPLD和FPGA等。器件含義出現時期FPLA現場可編程邏輯陣列現場可編程邏輯陣列20世紀世紀70年代初年代初PAL可編程陣列邏輯可編程陣列邏輯20世紀世紀70年代末期年代末期GAL通用陣列邏輯通用陣列邏輯20世紀世紀80年代初期年代初期CPLD復雜可編程邏輯器件復雜可編程邏輯器件20世紀世紀80年代中期年代中期FPGA現場可編程門陣列現場可編程門陣列20世紀世紀80年代中期年代中期表表1-2 PLD1-2 PLD的發(fā)展演變的發(fā)展演變EDAEDA技術與技術與PLDPLD工藝線寬工藝線寬：由于生產工藝的發(fā)展，：由于生產工藝的發(fā)展，PLD集成電路的工藝集成電路的

29、工藝線寬可達到線寬可達到0.35 m（1997年），年），0.15 m（2001年），年）， 0.13 m（2002、2003年），年）， 0.1 m（2004年）；年）； 90nm（2005年）；目前年）；目前半導體公司半導體公司正重點研發(fā)正重點研發(fā)60nm工藝。工藝。集成度集成度：在一塊硅片上可集成上千萬個以上邏輯門。：在一塊硅片上可集成上千萬個以上邏輯門。速度速度：器件的速度指標：器件的速度指標，FPGA的門延時的門延時3ns，CPLD的系統速度的系統速度180MHz。工藝手段工藝手段：CMOS工藝在速度上超過雙極型工藝，成為工藝在速度上超過雙極型工藝，成為PLD的主要工藝手段。的主要工

30、藝手段。 EDAEDA技術與技術與PLDPLD四、四、EDAEDA技術技術與與PLDPLD的關系的關系 PLD的應用開發(fā)過程中貫穿著EDA技術的應用原始設計輸入原始設計輸入EDAEDA開發(fā)軟件開發(fā)軟件器件配置信息器件配置信息PLDPLD硬件設備硬件設備PLDPLD在在編程靈活性編程靈活性、容量容量與與速度速度等方面達到了相當高的水平，可在一個器等方面達到了相當高的水平，可在一個器件中實現具有相當規(guī)模的、完整、高速的數字系統。件中實現具有相當規(guī)模的、完整、高速的數字系統。EDAEDA開發(fā)工具也十分成熟高效，可使用開發(fā)工具也十分成熟高效，可使用HDLHDL語言、電路圖、波形圖等多種語言、電路圖、波

31、形圖等多種方法進行設計輸入，并進行綜合、仿真與編程。方法進行設計輸入，并進行綜合、仿真與編程。 PLDPLD廣泛應用于廣泛應用于產品開發(fā)產品開發(fā)、原型設計原型設計、小批量小批量生產生產中。中。 隨著隨著PLDPLD成本和功耗不斷降低、性能大幅度提成本和功耗不斷降低、性能大幅度提高，高，PLDPLD開始取代開始取代高端高端 ASICASIC、DSPDSP和和微處理器微處理器。FPGA/CPLD開發(fā)板 -ALTERA -LATTICE -XILINXARM開發(fā)板 -ARM7 -ARM9DSP開發(fā)板 -DSP開發(fā)板開發(fā)板 -DSP仿真器仿真器單片機開發(fā)板 -單片機開發(fā)板單片機開發(fā)板 -單片機仿真器單

32、片機仿真器市場上常見的市場上常見的電子器件電子器件: 單片單片機機, ARM, DSP, PLD/FPGAARM、DSP、PLD/FPGA的技術特點和區(qū)別的技術特點和區(qū)別 ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關技術及軟件。ARM架構是面向低預算市場設計的第一架構是面向低預算市場設計的第一款款RISC微處理器微處理器，基本是基本是32位單片機的行業(yè)位單片機的行業(yè)標準標準，它提供一系列內核、體系擴展、微處理器和系統芯片方案，四個功能模塊可供生產廠商根據不同用戶的要求來配置生產。 由于所有產品均采用一個

33、通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產品中運行。 目目前前ARM在手持設備市場占有在手持設備市場占有90以上的份額以上的份額，可以有效地縮短應用程序開發(fā)與測試的時間，也降低了研發(fā)費用。 DSP的技術特點的技術特點 DSP（digital singnal processor）是一種獨特的微處理器，有自己的完整指令系統，是以數字信號來處理以數字信號來處理大量信息的器件。一個數字信號處理器在一塊不大的芯片內包括有控制單元、運算單元、各種寄存器以及一定數量的存儲單元等等，在其外圍還可以連接若干存儲器，并可以與一定數量的外部設備互相通信，有軟、硬件的全面功能，本身就是一個微型計算機。有軟、硬件的全面功

34、能，本身就是一個微型計算機。 DSP采用的是哈佛設計采用的是哈佛設計，即數據總線和地址總線分開，使程序和數據分別存儲在兩個分開的空間，允許取指令和執(zhí)行指令完全重疊。也就是說在執(zhí)行上一條指令的同時就可取出下一條指令，并進行譯碼，這大大的提高了微處理器的速度 。另外還允許在程序空間和數據空間之間進行傳輸，因為增加了器件的靈活性。 其工作原理是接收模擬信號其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數字信號，再對數字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數字化電子世

35、界中日益重要的電腦芯片。 它的強大數據處理能力和高運行速度它的強大數據處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。由于它運算能力很強，速度很快，體積很小，而且采用軟件編程具有高度的靈活性，因此為從事各種復雜的應用提供了一條有效途徑。 DSP芯片芯片 根據數字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點： （1）在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法； （2）程序和數據空間分開，可以同時訪問指令和數據； （3）片內具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨立的數據總線在兩塊中同時訪問； （4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉的硬件支持； （5）快速的中斷處理和硬件I/O支持； （6）具有在單周期內操作的多個

36、硬件地址產生器； （7）可以并行執(zhí)行多個操作； （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。 當然，與通用微處理器相比，與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對芯片的其他通用功能相對較弱些。較弱些。 FPGA是英文是英文Field Programmable Gate Array（現（現場可編程門陣列）場可編程門陣列） 它是在PAL、GAL、PLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物，是專用集成電路（ASIC）中集成度最高的一種。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個新概念，內部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Lo

37、gic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內部連線（Interconnect）三個部分。 用戶可對FPGA內部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實現用戶的邏輯。它還具有靜態(tài)可重復編程和動態(tài)在系統重構的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改。使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改。FPGA的技術特點的技術特點 作為專用集成電路（作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路）領域中的一種半定制電路，FPGA既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。可以毫不夸張的講，FPGA能完成任何數字器件的功能，上至高性能CPU

38、,下至簡單的74電路，都可以用FPGA來實現。FPGA如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設計一個工程師可以通過傳統的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設計一個數字系統數字系統。 通過軟件仿真，我們可以事先驗證設計的正確性。在PCB完成以后，還可以利用FPGA的在線修改能力，隨時修改設計而不必改動硬件電路。使用FPGA來開發(fā)數字電路，可以大大縮短設計時間，減少PCB面積，提高系統的可靠性。FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態(tài)的，因此工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，FPGA芯

39、片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成后，FPGA進入工作狀態(tài)。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA能夠反復使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片FPGA，不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。因此，FPGA的使用非常靈活。 可以說，可以說，FPGA芯片是小批量系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之芯片是小批量系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之一。一。目前FPGA的品種很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司

40、的FIEX系列等。 ARM、DSP、FPGA區(qū)別區(qū)別 ARM具有比較強的事務管理功能，可以用來跑界面以及應可以用來跑界面以及應用程序用程序等，其優(yōu)勢主要體現在控制方面。 DSP主要是用來計算的，比如進行加密解密、調制解調等，優(yōu)勢是強大的數據處理能力和較高的運行速度。優(yōu)勢是強大的數據處理能力和較高的運行速度。 FPGA可以用VHDL或verilogHDL來編程，靈活性強，由于能夠進行編程、除錯、再編程和重復操作，因此可以充分可以充分地進行設計開發(fā)和驗證地進行設計開發(fā)和驗證。當電路有少量改動時，更能顯示出FPGA的優(yōu)勢，其現場編程能力可以延長產品在市場上的壽命，而這種能力可以用來進行系統升級或除錯。基于基于DSP和和ADS8364的高速數據采集處理系統的高速數據采集處理系統 DSP接收上位機通過USB總線發(fā)送的命令，完成系統工作參數的設置，并通過模擬地址數據總線與CPLD進行通信，向CPLD發(fā)送控制命令； 對外部的多路模擬量輸入進行信號調理，在CPLD控制下進行單通道或多通道A/D轉換，將采集到的數