DSP/FPGA/ARM/Android

DSP

DSP(digital signal processor)是一種獨特的微處理器,是以數字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號,轉換爲0或1的數字信號,再對數字信號進行修改、刪除、強化,並在其他系統芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環境格式。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複雜指令程序,遠遠超過通用微處理器,是數字化電子世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,是最值得稱道的兩大特色。

DSP芯片即指能夠實現數字信號處理技術的芯片。DSP芯片是一種快速強大的微處理器,獨特之處在於它能即時處理資料。DSP芯片的內部採用程序和數據分開的哈佛結構,具有專門的硬件乘法器,可以用來快速的實現各種數字信號處理算法。在當今的數字化時代背景下, DSP己成爲通信、計算機、消費類電子產品等領域的基礎器件。

DSP芯片強調數字信號處理的實時性。 DSP作爲數字信號處理器將模擬信號轉換成數字信號,用於專用處理器的高速實時處理。 它具有高速,靈活,可編程,低功耗的界面功能,在圖形圖像處理,語音處理,信號處理等通信領域起到越來越重要的作用。

DSP芯片也稱數字信號處理器,是一種具有特殊結構的微處理器。DSP芯片的內部採用程序和數據分開的哈佛結構,具有專門的硬件乘法器,廣泛採用流水線操作,提供特殊的DSP 指令,可以用來快速地實現各種數字信號處理算法。

學習參考書目:《Blackfin系列DSP原理與系統設計(第2版)》

 

FPGA

FPGA(Field-Programmable Gate Array),即現場可編程門陣列,它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作爲專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定製電路而出現的,既解決了定製電路的不足,又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

FPGA的開發相對於傳統PC、單片機的開發有很大不同。FPGA以並行運算爲主,以硬件描述語言來實現;相比於PC或單片機(無論是馮諾依曼結構還是哈佛結構)的順序操作有很大區別,也造成了FPGA開發入門較難。目前國內有專業的FPGA外協開發廠家,如[北京中科鼎橋ZKDQ-TECH]等。FPGA開發需要從頂層設計、模塊分層、邏輯實現、軟硬件調試等多方面着手。

  工作原理

  FPGA採用了邏輯單元陣列LCA(Logic Cell Array)這樣一個概念,內部包括可配置邏輯模塊CLB(Configurable Logic Block)、輸入輸出模塊IOB(Input Output Block)和內部連線(Interconnect)三個部分。 現場可編程門陣列(FPGA)是可編程器件,與傳統邏輯電路和門陣列(如PAL,GAL及CPLD器件)相比,FPGA具有不同的結構。FPGA利用小型查找表(16×1RAM)來實現組合邏輯,每個查找表連接到一個D觸發器的輸入端,觸發器再來驅動其他邏輯電路或驅動I/O,由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊,這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。FPGA的邏輯是通過向內部靜態存儲單元加載編程數據來實現的,存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯接方式,並最終決定了FPGA所能實現的功能,FPGA允許無限次的編程。

  電源類型

  FPGA電源要求輸出電壓範圍從1.2V到5V,輸出電流範圍從數十毫安到數安培。可用三種電源:低壓差(LDO)線性穩壓器、開關式DC-DC穩壓器和開關式電源模塊。最終選擇何種電源取決於系統、系統預算和上市時間要求。

  如果電路板空間是首要考慮因素,低輸出噪聲十分重要,或者系統要求對輸入電壓變化和負載瞬變做出快速響應,則應使用LDO穩壓器。LDO功效比較低(因爲是線性穩壓器),只能提供中低輸出電流。輸入電容通常可以降低LDO輸入端的電感和噪聲。LDO輸出端也需要電容,用來處理系統瞬變,並保持系統穩定性。也可以使用雙輸出LDO,同時爲VCCINT和VCCO供電。

  如果在設計中效率至關重要,並且系統要求高輸出電流,則開關式穩壓器佔優勢。開關電源的功效比高於LDO,但其開關電路會增加輸出噪聲。與LDO不同,開關式穩壓器需利用電感來實現DC-DC轉換。

 

ARM

ARM處理器是英國Acorn有限公司設計的低功耗成本的第一款RISC微處理器。全稱爲Advanced RISC Machine。ARM處理器本身是32位設計,但也配備16位指令集,一般來講比等價32位代碼節省達35%,卻能保留32位系統的所有優勢。

ARM的Jazelle技術使Java加速得到比基於軟件的Java虛擬機(JVM)高得多的性能,和同等的非Java加速核相比功耗降低80%。CPU功能上增加DSP指令集提供增強的16位和32位算術運算能力,提高了性能和靈活性。ARM還提供兩個前沿特性來輔助帶深嵌入處理器的高集成SoC器件的調試,它們是嵌入式ICE-RT邏輯和嵌入式跟蹤宏核(ETMS)系列。

ARM處理器的三大特點是:耗電少功能強、16位/32位雙指令集和合作伙伴衆多。

1、體積小、低功耗、低成本、高性能;

2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集,能很好的兼容8位/16位器件;

3、大量使用寄存器,指令執行速度更快;

4、大多數數據操作都在寄存器中完成;

5、尋址方式靈活簡單,執行效率高;

6、指令長度固定。

 

Android

Android是一種基於Linux的自由及開放源代碼的操作系統。主要使用於移動設備,如智能手機平板電腦,由Google公司和開放手機聯盟領導及開發。尚未有統一中文名稱,中國大陸地區較多人使用“安卓”。Android操作系統最初由Andy Rubin開發,主要支持手機。2005年8月由Google收購注資。2007年11月,Google與84家硬件製造商、軟件開發商及電信營運商組建開放手機聯盟共同研發改良Android系統。隨後Google以Apache開源許可證的授權方式,發佈了Android的源代碼。第一部Android智能手機發佈於2008年10月。Android逐漸擴展到平板電腦及其他領域上,如電視數碼相機遊戲機智能手錶等。2011年第一季度,Android在全球的市場份額首次超過塞班系統,躍居全球第一。 2013年的第四季度,Android平臺手機的全球市場份額已經達到78.1%。 [1]  2013年09月24日谷歌開發的操作系統Android在迎來了5歲生日,全世界採用這款系統的設備數量已經達到10億臺。

 

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