从数字信号处理架构来对比FPGA,ARM,DSP的优势

日期:2018-02-24 作者:lee神
1.内容概要
信号处理系统一般不单单是模拟信号或者数字信号,一般两者都会有。信号的处理关注的是信号以及信号所包含的信息的表示、变换及运算。



图1 典型的数字信号处理系统


1>模拟信号(analog signal)的输入一般包括(声、电、光、热等)模拟的连续信号;
2>模拟信号抗混叠(anti-aliasing filter)希望分开两个或多个混叠在一起的信号,或者增强某些信号;
3>AD将模拟信号转换成数字信号;
4>DSP/FPGA/ARM/MPU数字信号处理。
整个系统分为三个域,从模拟到数字,再到数字信号处理,再到数字变模拟。
数字信号处理一般所研究的内容涉及采样、滤波、变换、检测、谱分析、估计、压缩以及识别等;数字信号处理的理论和算法是密不可分的;相对于模拟信号系统处理,数字信号处理体积小、功耗低、精度高、易于大规模集成以及可进行二维以及多维处理等优势。

数字信号处理系统的性能取决于三个因素:采样频率、架构和字长。


2.典型处理器对比
DSP芯片,也称数字信号处理器,是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器,其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求,DSP芯片一般具有如下主要特点:
(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法;
(2)程序和数据空间分开,可以同时访问指令和数据;
(3)片内具有快速RAM,通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问;
(4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持;
(5)快速的中断处理和硬件I/O支持;
(6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器;
(7)可以并行执行多个操作;
(8)支持流水线操作,使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
当然,与通用微处理器相比,DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。
MPU(Microprocessor Unit)微处理器
微机中的中央处理器(CPU)称为微处理器(MPU),是构成微机的核心部件,也可以说是微机的心脏。它起到控制整个微型计算机工作的作用,产生控制信号对相应的部件进行控制,并执行相应的操作。
微处理器的功能结构主要包括:运算器、控制器、寄存器三部分:
运算器的主要功能就是进行算术运算和逻辑运算。
控制器是整个微机系统的指挥中心,其主要作用是控制程序的执行。包括对指令进行译码、寄存,并按指令要求完成所规定的操作,即指令控制、时序控制和操作控制。
寄存器用来存放操作数、中间数据及结果数据。
FPGA 具有规则的可编程结构,可实现各种逻辑功能。
1>运算能力强,并行能力强。
2>设计过程中具有很大的灵活性。

3>通过集成可以降低系统成本。


3. 混合系统


图2 FPGA作为协处理系统


 
图3 FPGA作为预处理系统

 


图4 FPGA+DSPs+ARM的数字信号处理系统


如图2、3和4数字信号处理系统,在不同的情况下我们可以采用不同的系统,具体根据芯片各自的优势来选择不同的系统。
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