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与DSP比较 FPGA才是未来的大杀器

与DSP相比 FPGA才是未来的大杀器-DSP技术,在某些人看来,或者已经面临着英雄迟暮的感觉,就我们当前所知道的。Freesacle、ADI、NXP早就停掉了新技术发展,而当前从大的方面说只剩下TI一家扛着Digital Signal Processor的大旗。

DSP技能,在某些人看来,或许现已面临着英豪暮年的感觉,就咱们当时所知道的。Freesacle、ADI、NXP早就停掉了新技能开展,而当时从大的方面说只剩下TI一家扛着Digital Signal Processor的大旗。

在许多人看来,这十年来,ARM和Intel的开展起伏现已远远超过了DSP。尤其是在ARM,其A9双核、A15四核在嵌入式商场现已以摧枯拉朽之势占据了主导地位,但咱们不能否定,在工业范畴,DSP的运用仍是占有很重要的方位。而在Intel,自Silvermont推出今后,低功耗的X86又称为一股微弱实力。有人就会觉得ARM和Intel在未来的某个日子可以替代DSP。

与DSP比较  FPGA才是未来的大杀器

关于这个问题,电子工程师陈俊直给出了一个这样的观点:

他以为,关于DSP,有两个解说,第一个Digital Signal Processing,是数字信号处理,是门学科技能,简略的说是讲实际国际中的模仿信号量转换为数字信号量然后进行剖析、离散改换、调制解调等等方面的数字运算。其有别于简略的加减乘数等四则运算;

第二个解说便是Digital Signal Processor,数字信号处理器,简略的说便是嵌入了可以快速处理数字信号剖析、离散改换、调制解调等方面的一种特其他微处理器。

从解说上可以看出,DSP芯片便是一颗参加了数字信号处理功用的微处理器芯片。

那么ARM、和Intel的芯片也是微处理器芯片,咱们其实作业都是进行运算,那么不带数字信号处理功用的微处理器和带该功用的处理器有什么差异呢?

DSP处理器有一个目标,便是“乘法和累加运算”,便是一个32位数乘上另一个32位数其积再加一个32位数,这个运算进程要在一两个指令周期内完结。换了ARM和Intel的微处理器,是不行能在一两个指令周期完结的,它们乘法就要跑好几个指令周期了。而DSP芯片自带了一个MAC模块,主频相同情况下,可以比ARM和INTEL快N倍的核算出来。相似的还有快速傅里叶改换功用,这种数学运算在没有DSP功用的芯片中,往往要算好长时间才干出成果。

那么你会说了,那我ARM和Intel的芯片业嵌入这种模块就行了啊。是的,可以嵌。可是,一旦嵌入这种芯片,那么ARM芯片也可以叫做DSP芯片了。

所以,DSP仅仅一种技能,一种嵌了该技能的芯片,谁都可以出产。其实有些ARM芯片内部就嵌入了DSP功用,比方许多高通的一系列用于手机上的ARM主控芯片就自带DSP功用。

而Intel本身开展是做核算范畴的主控,在工业航天医疗等嵌入式范畴才用得多的数字信号处理他们并不怎样触及,所以他们的东西根本不会嵌入DSP模块。

Microchip为了防止和TI的C2000系列DSP直接竞赛,他们把旗下的dsPIC系列DSP芯片叫做DSC,其实仍是DSP芯片,而且他们一向在推出下新品。还有,飞思卡尔、ADI、NXP他们还都有出产DSP,仅仅他们争不过TI的专用DSP。首要一点仍是发现争不过FPGA芯片。

这儿又引出了FPGA这个技能,提到这个,或许才真的是DSP的真实敌人。现在做FPGA芯片的大厂有Altera、Xilinx等。他们不属于Intel公司,也不出产ARM芯片,他们只专心于FPGA芯片。

咱们知道,微处理器芯片其实是一堆数字电路大规模超高密度集成在芯片中,其最小单元其实便是晶体管晶体管集成一个个门电路。门电路经过一系列排列组合形成了芯片内部CPU、存储单元。这都是出厂前固化好的。

那我能否修正一下CPU 模块的某个门电路,让它有其他用处呢?现已出厂就固化的无法改,但现在有了FPGA,你可以用程序编一个你自己创造的CPU内核出来,嵌到FPGA芯片中去,那么你想参加DSP有的MAC模块等都可以,假如你觉得一个CPU内核不过瘾,还可以再加一个内核进去(条件是FPGA芯片容量和资源够大,当然这芯片就贵了)。

所以,现在飞思卡尔、ADI等看到FPGA芯片如此强势,工业级的DSP本钱又高,卖的价格跟FPGA差不多,价格比FPGA低点但又争不过TI的DSP商场。所以没办法,只好渐渐退出了。现在TI也是靠从前的老客户死扛着。假如哪天,高端的FPGA降到跟他们差不多的价格,他们也要退出了。

当然FPGA的缺陷除了本身本钱高以外,假如要嵌入ARM、DSP核的话,这些核也更是要花钱的。一起便是FPGA的HDL开发难度要远大于DSP的C,特别是在典型的图画处理算法上,这也在必定程度上约束了FPGA的开展。尽管现在Xilinx的Vivado支撑high level synthesis,把C转成HDL,可是,这也是一个很困难的问题。这也不是一个正确的挑选。

在某些工程师看来,作为一个带有专用核算单元的处理器。DSP是为了满意专用商场做的一种带许大都学核算功用的处理器。比方哈弗结构,比方带SIMD、VLIW技能的核算单元,从前让DSP在专用商场抢先许多。而TI DSP的优势便是低功耗、高运算功用、老练安稳,再加上显着的价格优势。

从架构来说,TI坚守的哈弗结构近十年没大的改动,而arm、intel移风易俗的速度仍是众所周知的。看两个小比方,intel的分支猜测抢先TI家许多;再比方TI的二级缓存、片内片外还需求用户来办理,cache miss penalty也适当高,而intel高明的缓存技能让你根本感觉不到片内片外的差异。

再看运算单元,现在arm有neon,intel有sse、avx、乱序履行,还有专用图画核算的gpp;再加上FPGA。这些产品核算单元都现已很强悍了,所以说DSP的数学核算功用现已不能算是抢先了。比方DSP里两个4字节整型做乘加运算,TI的C674x需求4个时钟周期,intel的sse3处理16个字节的乘加运算也只需求4个周期;

而在杂乱算法范畴,比方图画处理、模式识别,DSP是真的不行用了,跑个boosting都费劲的要死,紧缩感知算法也就预研预研,终究绝大部分仍是跑在intel、amd渠道。

简略算法,可选的处理器太多,所以最重要的便是价格。我看好arm,而fpga没有价格优势。当然现在c2000现在仍是有许多拥趸的,可是现已被其他处理器吃掉不少商场了。

以上是以核算功用为中心介绍的,没有触及到功耗。而在相同的核算量,耗时附近的情况下,DSP的功耗操控是最优异的,ARM、atom都不如DSP功耗低(asic或许也很好,可是不算通用处理器)。这也是为什么在嵌入式杂乱算法商场,仍是DSP为干流。

而就陈工看来,DSP的核算优势并不在于一般四则运算上。就拿快速傅里叶改换FFT来说,同频率下,其他任何不带DSP内核的微处理器的FFT都要差劲于DSP。咱们做DSP或许嵌入式其他的算法,都是依据《自动操控原理》或许《信号系统》,而不是依据《数据结构》。

他以为DSP做boosting不是一个正确的挑选,DSP对频域方面的运算才能可以规划一个实时声响过滤器(将喧闹环境中的声响悉数经过麦克风传到AD电路上,后经过DSP运算,把其间某个人的声响摘出来,并经过喇叭实时放出来或人的声响。这样的数字滤波器可以做到比手机还小)。在TI DSP最大供货的工业操控、航天范畴,大都的DSP运用上跟核算机算法技能没啥联系。

而提到DSP的低功耗,当然DSP做滤波、音频处理等方面的时分,没用到DSP功用把(仅仅把它们当一个单片机那样来运用),这样功耗是很低的。但假如用DSP做SPWM或数字滤波器什么的时分,功耗就大起来。详细比照数值我现已忘了,从前做矿用电机操控的时分比照过用ARM操控的功耗。(但如同Microchip的DSP芯片在做滤波时分功耗更低)。

其实,16bit/32bit的DSP芯片(或是其他32位MCU/ARM嵌入DSP功用的芯片)在长时间开展中一向和各种单片机、ARM、PowerPC、X86等共存,而且不仅仅是TI,其他许多厂家都专门出产或许嵌入DSP模块(比方Microchip的dsPIC系列DSP芯片,就一向不断出新品)。这就阐明DSP具有着其他各种架构处理器都不具有的信号处理才能。

归纳看下来,FPGA才是未来的大杀器,咱们怎样看待?当然,整个评论仅仅一家之言,期望咱们可以理性看待整个评论。

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