【日积月累】ARM、MCU、DSP、FPGA、SOC的比较之构架

ARM：架构采用32位精简指令集（RISC）处理器架构，从ARM9开始ARM都采用了哈佛体系结构，这是一种将...

ARM：架构采用32位精简指令集（RISC）处理器架构，从ARM9开始ARM都采用了哈佛体系结构，这是一种将指令与数据分开存放在各自独立的存储器结构，独立的程序存储器与数据存储器使处理器的处理能力得到较大的提高。ARM多采用流水线技术，此技术通过多个功率部件并行工作来缩短程序执行时间，使指令能在多条流水线上流动，从而提高处理器的效率和吞吐率。现今ARM7采用了典型的三级流水线，ARM9采用五级流水线技术，而ARM11使用了7级流水线，ARM Cortex-A9更是使用了可变流水线结构（支持8-11级流水线）。在多核心的支持上ARM Cortex-A9最多可支持4个核心，这是ARM系列处理器中首次支持多核心技术。下图表示了ARM Cortex-A9的内部结构。
　　　　

MCU：大都在结构上是基于冯·诺伊曼结构的，这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分：一个中央处理器核心，程序存储器（只读存储器或者闪存）、数据存储器（随机存储器）、一个或者更多的定时/计数器，还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出端口——所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。指令集上早期的MCU是采用CISC的，后面被RISC取代。在总线位数上，MCU覆盖了4位、8位、16位、32位，应用十分广泛。

DSP：又名数字信号处理器，它是一种专用于实时的数字信号处理的微处理器。结构上它采用哈佛结构，同样采用流水线技术。此外，DSP被用于宿主环境时可作为直接内存存取设备运作，还支持从模拟数字转换器（ADC）获得数据，最终输出的是由数字模拟转换器（DAC）转换为模拟信号的数据，支持一定的并行处理。

FPGA: FPGA是英文Field Programmable Gate Array（现场可编程门阵列）的缩写，它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的一种。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。FPGA有别于DSP、ARM、MCU的地方主要在于它的并行处理能力，它的强大并行性使复杂的运算得到极大的速度比提升。

SOC:　系统芯片是一个将计算机或其他电子系统集成单一芯片的集成电路。系统芯片可以处理数字信号、模拟信号、混合信号甚至更高频率的信号。系统芯片常常应用在嵌入式系统中。系统芯片的集成规模很大，一般达到几百万门到几千万门。SOC相对比较灵活，它可以将ARM架构的处理器与一些专用的外围芯片集成到一起，组成一个系统。其实现有的ARM处理器如Hisi-3507、hisi3516等处理器都是一个SOC系统，尤其是应用处理器它集成了许多外围的器件，为执行更复杂的任务、更复杂的应用提供了强大的支持。

Xilinx的ZYNQ架构芯片