淺析嵌入式中的FPGA

隨著智能時(shí)代的到來，各個(gè)行業(yè)的智能化越來越先進(jìn)，例如剛過去的杭州亞運(yùn)會(huì)，高科技的電子產(chǎn)品給人們帶來一種前所未有的視覺體驗(yàn)，下圖就是高科技縮影：奔跑在賽場(chǎng)上的機(jī)械狗，在這些高科技的背后，它們都用了哪些技術(shù)？其中嵌入式就是其中最重要的一種技術(shù)，但是嵌入式技術(shù)又有哪些呢？ARM？FPGA？DSP？我們接下來相應(yīng)的進(jìn)行分析。

現(xiàn)在的智能化電子產(chǎn)品一般都是有硬件和軟件組成，其中控制器是這些電子產(chǎn)品的大腦，他賦予了這一堆機(jī)械結(jié)構(gòu)靈魂，讓機(jī)械結(jié)構(gòu)更加智能化，自主導(dǎo)航，自主識(shí)別，自主平衡等等。目前控制器中主要有ARM、FPGA和DSP系列，但是也有其他系列，但是他們都屬于嵌入式技術(shù)。

1.技術(shù)的相同點(diǎn)

ARM、FPGA和DSP都具備與生俱來的可編程特性，都是嵌入式的軟硬件結(jié)合的特性。都是根據(jù)需求，連接外部不同外設(shè)（傳感器、顯示屏、存儲(chǔ)芯片、電機(jī)等等），在進(jìn)行邏輯分析，通過編程，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目功能，設(shè)計(jì)框架還是一樣的。

2.技術(shù)的不同點(diǎn)

1.ARM（Advance RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。通常我們所說的ARM，既ARM處理器，ARM內(nèi)核處理器擁有各種各樣精于控制的外設(shè)，比如GPIO、PWM、AD/DA、UART、SPI、IIC等，在很多行業(yè)都有用武之地，例如工業(yè)控制、汽車電子、智能家電等等，工程師可以直接根據(jù)需求，選擇合適的微控制器就行，不用太多考慮自己設(shè)計(jì)芯片的穩(wěn)定性，大大加快的開發(fā)的速度，這也是目前電子行業(yè)開發(fā)的主流。

3.DSP(Digital Singnal Processor),即數(shù)字信號(hào)處理器，是一種獨(dú)特的微處理器,有自己的完整指令系統(tǒng)，能夠進(jìn)行高速、高吞吐量的數(shù)字信號(hào)處理。它不像 ARM處理那樣，功能繁多,它更“?！?只專注一件事，就是對(duì)各種語音、數(shù)據(jù)和視頻做運(yùn)算處理，或者也可以這么說，DSP 是為各種數(shù)學(xué)運(yùn)算量身打造的。

4.FPGA就是“可反復(fù)編程的邏輯器件”，從外觀上看，貌似和一般的CPU芯片沒有太大差別，是一塊全部由“開放式門”組成的計(jì)算機(jī)芯片，工程師可以根據(jù)需要進(jìn)行靈活編程，另外，添加各種新功能，從而滿足不斷發(fā)展的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，但是FPGA雖然更加自由，但是它高高在上”的成本、功耗和開發(fā)復(fù)雜性還是會(huì)讓很多潛在的目標(biāo)客戶望而卻步，而在這些方面，ARM處理器和 DSP正好彌補(bǔ)了FPGA 所帶來的缺憾，所以，很多公司再不需要太多高速并發(fā)的情況下，F(xiàn)PGA讓很多公司望而卻步。

總而言之，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，F(xiàn)PGA、ARM處理器和 DSP 互有優(yōu)劣，各有所長。很多時(shí)候它們實(shí)現(xiàn)的功能無法簡單地相互替代，否則就不會(huì)見到比如 TI 的達(dá)芬奇系列ARM中有DSP、Xilinx的Zynq 或 Altera 的 SoC FPGA 中有ARM ?的共生現(xiàn)象了。FPGA、ARM處理器和 DSP 都是嵌入式開發(fā)的一種形式。

5.市場(chǎng)需求數(shù)量對(duì)比：

ARM處理器使用C語言進(jìn)行開發(fā)，相對(duì)更加容易上手，而FPGA的開發(fā)本質(zhì)是一些邏輯電路的實(shí)現(xiàn)，主要使用Verilog和VHDL語言，上手比較難，須花費(fèi)很多時(shí)間和精力，對(duì)于公司來說，大多數(shù)是屬于應(yīng)用型公司，是以應(yīng)用為中心，所以很多公司的產(chǎn)品考慮到時(shí)間成本，更加傾向于ARM處理器開發(fā)。

首先FPGA入門難，培養(yǎng)周期長，F(xiàn)PGA除了要會(huì)基本的Verilog或VHDL語言，還要懂一些硬件電路，而ARM處理器如果不是純硬件工程師，主要能看懂原理圖就行，F(xiàn)PGA工程師一定要具有一些硬件思維，才能設(shè)計(jì)出符合要求的接口，同時(shí)該接口也特別要考慮到穩(wěn)定性，如果只是了解，那么代碼只是照搬一些例程。

由于對(duì)工程師開發(fā)者要求高，我們?cè)诓榭?a target="_blank">招聘網(wǎng)站時(shí)，看到的崗位較少，并且要求碩士以上的學(xué)歷，畢竟FPGA工程師要達(dá)到可用的程度，也得培養(yǎng)個(gè)好幾年，開發(fā)成本高導(dǎo)致的崗位需求也少，另外FPGA的開發(fā)周期相對(duì)有點(diǎn)長，因?yàn)槌绦蛟诟膭?dòng)一次，哪怕是只是簡單的改動(dòng)，例如類型的修改，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的修改，重新編譯一般會(huì)比其他開發(fā)都要長一些，不過這也是根據(jù)工程大小來定，所以開發(fā)成本進(jìn)一步提高了。

審核編輯：劉清