名家解析,單片機、ARM、FPGA的特點及區別要領
發布時間:2015-08-05 責任編輯:echolady
【導讀】很多人經常使用單片機、嵌入式等,但是並非知道單片機、ARM、FPGA的特點及區別要領。本文由名家講解,深入解析單片機、ARM、FPGA的特點及區別要領,詳細介紹了各自的特點及如何區分的典型案例。
單片機的特點:
(1)受集成度限製,片內存儲器容量較小,一般內ROM:8KB以下;
(2)內RAM:256KB以內。
(3)可靠性高
(4)易擴展
(5)控製功能強
(6)易於開發
ARM的特點:
(1) 自帶廉價的程序存儲器(FLASH)和非易失的數據存儲器(EEPROM)。這些存儲器可多次電擦寫,使程序開發實驗更加方便,工作更可靠。
(2) 高速度,低功耗。在和M51單片機外接相同晶振條件下,AVR單片機的工作速度是M51單片機的30-40倍;並且增加了休眠功能及CMOS技術,使其功耗遠低於M51單片機。
(3) 工業級產品。具有大電流輸出可直接驅動SSR和繼電器,有看門狗定時器,防止程序走飛,從而提高了產品的抗幹擾能力。
(4) 超功能精簡指令,具有32個通用工作寄存器,相當於M51單片機中32個累加器!從而克服了單一累加器工作的瓶頸效應。
(5) 程序下載方便。AVR單片機即可並行下載也可串行下載,無需昂貴的編程器。此外,還可以在線下載!也就是說可以直接在電路板上進行程序修改和燒錄。
(6) 具有模擬比較器、脈寬調製器、模數轉換功能。使得工業控製中的模擬信號處理更為簡單方便。
(7) 並行口、定時計數器、中斷係統等單片機內部重要資源的功能進行了大幅度提升,使之更適合工業生產過程的實時控製。
(8) 其時鍾頻率既可外接也可使用單片機內部自帶的振蕩器,其頻率可在1MHz-8MHz內設置,使得硬件開發製作更為簡潔。
(9) 強大的通訊功能,內置了同步串行接口SPI、通用串行接口UAST、兩線串行總線接口TWI(I2C ),使網絡控製、數據傳送更為方便。
(10) 超級保密功能,應用程序可采用多重保護鎖功能。可低價快速完成廠家產品商品化等等。 除上述特點外“零外設”也是AVR嵌入式單片機的重要特征。由於該芯片已內置了程序存儲器、晶振並增加了在線彙編功能。
所以AVR單(dan)片(pian)機(ji)芯(xin)片(pian)接(jie)上(shang)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan),下(xia)載(zai)個(ge)程(cheng)序(xu)就(jiu)可(ke)以(yi)獨(du)立(li)工(gong)作(zuo)。無(wu)需(xu)附(fu)加(jia)外(wai)部(bu)設(she)備(bei),無(wu)需(xu)使(shi)用(yong)昂(ang)貴(gui)的(de)編(bian)程(cheng)器(qi)和(he)仿(fang)真(zhen)裝(zhuang)置(zhi)。這(zhe)給(gei)我(wo)們(men)學(xue)習(xi)和(he)開(kai)發(fa)帶(dai)來(lai)了(le)便(bian)利(li)條(tiao)件(jian)。
FPGA的特點:
(1)采用FPGA設計ASIC電路(專用集成電路),用戶不需要投片生產,就能得到合用的芯片。
(2)FPGA可做其它全定製或半定製ASIC電路的中試樣片。
(3)FPGA內部有豐富的觸發器和I/O引腳。
(4)FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發費用最低、風險最小的器件之一。
(5)FPGA采用高速CMOS工藝,功耗低,可以與CMOS、TTL電平兼容。
可以說,FPGA芯片是小批量係統提高係統集成度、可靠性的最佳選擇之一。
FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態的,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芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中,配置完成後,FPGA進入工作狀態。掉電後,FPGA恢複成白片,內部邏輯關係消失,因此,FPGA能夠反複使用。
FPGA的編程無須專用的FPGA編程器,隻須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時,隻需換一片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。
嵌入式係統的特點:
1、係統內核小
由於嵌入式係統一般是應用於小型電子裝置的,係統資源相對有限,所以內核較之傳統的操作係統要小得多。比如Enea公司的OSE分布式係統,內核隻有5K,而Windows的內核?簡直沒有可比性。
2、專用性強
嵌入式係統的個性化很強,其中的軟件係統和硬件的結合非常 緊密,一般要針對硬件進行係統的移植,即使在同一品牌、同一係列的產品中也 需要根據係統硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務,往往需要 對係統進行較大更改,程序的編譯下載要和係統相結合,這種修改和通用軟件的 “升級”是完全兩個概念。
3、係統精簡
嵌入式係統一般沒有係統軟件和應用軟件的明顯區分,不要求 其功能設計及實現上過於複雜,這樣一方麵利於控製係統成本,同時也利於實現係統安全。
4、高實時性的係統軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態存儲,以提高速度;軟件代碼要求高質量和高可靠性。
5、嵌入式軟件開發要想走向標準化,就必須使用多任務的操作係統
嵌入式係統的應用程序可以沒有操作係統直接在芯片上運行;但是為了合理地調度多任 務、利用係統資源、係統函數以及和專家庫函數接口,用戶必須自行選配RTOS (Real-Time Operating System)開發平台,這樣才能保證程序執行的實時性、 可靠性,並減少開發時間,保障軟件質量。
6.嵌入式係統開發需要開發工具和環境。
由於其本身不具備自舉開發能力, 即使設計完成以後用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的,必須有一套 開發工具和環境才能進行開發,這些工具和環境一般是基於通用計算機上的軟硬 件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發時往往有主機和目標機的 概念,主機用於程序的開發,目標機作為最後的執行機,開發時需要交替結合進行。
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