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技術(shù)專題
單片機(jī)和PLD有什么聯(lián)系與區(qū)別
信息技術(shù)正在快捷發(fā)展，其應(yīng)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(hào)處理。電子系統(tǒng)的復(fù)雜性在不斷增加，它迫切要求技術(shù)也有相應(yīng)的變革和飛躍。用于純SSI數(shù)字電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作量大，靈敏性低，而且系統(tǒng)可靠性差。
廣泛用于單片機(jī)設(shè)計(jì)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(gè)具有非凡意義的飛躍。而DSP以其極強(qiáng)的信號(hào)處理功能贏得了廣闊的市場(chǎng)，得到了廣泛地應(yīng)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(yīng)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(shè)計(jì)如同軟件設(shè)計(jì)一樣簡(jiǎn)略。它作為一種創(chuàng)新技術(shù)正在變更著數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)觀念。單片機(jī)，DSP，PLD/ EDA以其各自的特點(diǎn)滿足了各種須要，正從各個(gè)領(lǐng)域各個(gè)層面變更著世界，它們已經(jīng)成為數(shù)字時(shí)代的核心動(dòng)力，推動(dòng)著信息技術(shù)的快捷開(kāi)展。
以下，我們將對(duì)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口的微型計(jì)算機(jī)。它有很強(qiáng)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(cè)控對(duì)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、靈敏方便地構(gòu)成應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的界面接口的方向開(kāi)展。所以，單片機(jī)有著自己的特點(diǎn)。
品種齊全，型號(hào)多樣
自從INTEL推出51系列單片機(jī)，許多公司對(duì)它做出改進(jìn)，開(kāi)展成為增強(qiáng)型51系列，而且新的單片機(jī)類型也不斷涌現(xiàn)。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(jī)集成有A/ D，“看門(mén)狗”，PWM，顯示驅(qū)動(dòng)，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤(pán)控制等，它們的價(jià)格也高低不等，這樣極大地滿足了開(kāi)發(fā)者的選擇自取決。
低電壓和低功耗
隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，NMOS工藝單片機(jī)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(shù)字信號(hào)處理器。顧名思義，DSP主要使用在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，非常合適高密度，反復(fù)運(yùn)算及大數(shù)據(jù)容量的信號(hào)處理。此時(shí)已經(jīng)廣泛應(yīng)使用在通信、便攜式計(jì)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(jiàn)的手機(jī)、數(shù)字電視和數(shù)碼相機(jī)都離不開(kāi)DSP。DSP使用在手機(jī)和基站中為挪動(dòng)通信的開(kāi)展做出重要貢獻(xiàn)，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(duì)于實(shí)際微處理器作了很大的擴(kuò)充和增強(qiáng)，主要是：
a）修正的哈佛構(gòu)造，多總線技術(shù)以及流水線構(gòu)造。將程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)，用于多總線，取指令和取數(shù)據(jù)同時(shí)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)別于實(shí)際微處理器的重要標(biāo)志。實(shí)際微處理器用軟件實(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(mén)的信號(hào)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(lái)越快，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法難以適應(yīng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)展，ECAD在某種程度上減輕了設(shè)計(jì)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。它正變更著數(shù)字系統(tǒng)和設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)觀念。
EDA（即Electronic Design AutomaTIon）即電茲【鯊計(jì)自動(dòng)化，它是以計(jì)算機(jī)為工具，在EDA軟件平臺(tái)上，對(duì)用硬件描述語(yǔ)言HDL完成的設(shè)計(jì)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、邏輯仿真，直至對(duì)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(shè)計(jì)者只需用HDL語(yǔ)言完成系統(tǒng)功能的描述，借助EDA工具就可得到設(shè)計(jì)結(jié)果，將編譯后的代碼下載到宗旨芯片就可在硬件上實(shí)現(xiàn)。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(duì)于實(shí)際微處理器作了很大的擴(kuò)充和增強(qiáng)，主要是：
a）修正的哈佛構(gòu)造，多總線技術(shù)以及流水線構(gòu)造。將程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)，用于多總線，取指令和取數(shù)據(jù)同時(shí)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)別于實(shí)際微處理器的重要標(biāo)志。實(shí)際微處理器用軟件實(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(mén)的信號(hào)處理指令，如TM320系列的FIRS，LMS，MACD指令等。
EDA技術(shù)作為一種現(xiàn)代電子系統(tǒng)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(duì)該硬件的構(gòu)造和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，修改軟件程序就相當(dāng)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(shè)計(jì)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(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，這一切極大地縮短了開(kāi)發(fā)周期和上市時(shí)長(zhǎng)，有利于在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中搶占先機(jī)。
速度快，可靠性高
MCU和DSP都是通過(guò)串行執(zhí)行指令來(lái)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(shí)測(cè)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(kāi)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，尤其是強(qiáng)電磁干擾下，很也許越出正常的工作流程，出現(xiàn)PC跑飛表象。EDA高可靠性正好克服了它們這一先天不足。