淺談單片機(jī)、ARM和DSP的異同——非常透徹

　猶記得當(dāng)年讀書的時(shí)候，老師說單片機(jī)、ARM、DSP有互通之處，都是CPU，但聽老師講都聽不懂。

　　我該如何理解他們，并找出他們的異同呢？我們來看看行內(nèi)人的看法：

　　ICer，從事ARM CPU的SOC設(shè)計(jì)

　　按我的理解說幾句吧，希望能說薄一點(diǎn)。

　　首先，說CPU，中央處理器，本質(zhì)就是一個(gè)集成電路，實(shí)現(xiàn)的功能就是從一個(gè)地方（如rom）讀出一個(gè)指令，從一個(gè)地方（如ram）讀出數(shù)據(jù)，然后根據(jù)指令的不同對(duì)數(shù)據(jù)做不同的處理（如相加），然后把結(jié)果存回某個(gè)地方（如ram）。不同架構(gòu)的cpu會(huì)有不同的指令，不同的存取方式，不同的速度，不同的效率，等等的差異。

　　然后，說單片機(jī)（通常意義所說的微控制器MCU），ARM（通常意義所說的高效能RISC），DSP（通常意義所說的通用數(shù)字信號(hào)處理器），這三個(gè)CPU分別是針對(duì)不同的應(yīng)用而產(chǎn)生的CPU。當(dāng)然這也不是絕對(duì)的，因?yàn)锳RM現(xiàn)在出的CPU囊括了MCU（如M0），RISC（如A8），DSP（如M4）。

　　微控制器的目的主要是用作控制，他不需要多快的速度，如電飯鍋的控制器，只需要控制發(fā)熱元件的通斷，信號(hào)等的開關(guān)等，但是對(duì)成本要求很嚴(yán)格，所以一般做得比較簡單，4位，8位的很多。

　　高效能的RISC，常用于一些數(shù)據(jù)處理比較多的地方，最常見的莫過于現(xiàn)在的消費(fèi)性電子產(chǎn)品了，手機(jī)，pad，MP4等等，目前ARM的商業(yè)模式主要是賣內(nèi)核，集成到各家的SOC中間。他其實(shí)就是個(gè)通用的CPU，能干各種各樣的活，和Intel的CPU一樣。但是通用就有效能問題，在某些特殊場合，效能就顯得沒那么高了，如大量運(yùn)算（譬如做FFT）的時(shí)候。這樣就有DSP的用武之地了。

　　DSP，數(shù)字信號(hào)處理器，只要是做數(shù)字信號(hào)處理的模塊都可以叫做一個(gè)DSP，如視頻解碼的IP核。但你老師所說的應(yīng)該是指通用的數(shù)字信號(hào)處理器，如Ti的TMS320C55x DSP。該CPU的長處就是在于運(yùn)算，大量循環(huán)的計(jì)算，如連續(xù)1024個(gè)乘加。他的指令針對(duì)這種應(yīng)用有特殊的處理，相比RISC可以更快速高效地完成這類運(yùn)算。

　　總的來說，學(xué)習(xí)CPU，首先就是要了解其指令集，然后了解去指令執(zhí)行的方式，然后針對(duì)具體的芯片了解其外圍電路，程序都是用C寫的，基本使用就沒啥問題了。

　　入門教材就不知道了，學(xué)好微機(jī)原理先吧。

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　　一種設(shè)備能稱之為CPU，是因?yàn)樗軌蛉谌氲接?jì)算機(jī)的馮諾依曼體系中。馮諾依曼的計(jì)算機(jī)模型規(guī)定了計(jì)算機(jī)“運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、外存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備”，而CPU的重要地位在于解決了運(yùn)算問題，計(jì)算機(jī)的CPU能夠訪問存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)和指令進(jìn)行運(yùn)算，從實(shí)現(xiàn)運(yùn)算這一點(diǎn)的角度上看，無論是單片機(jī)、ARM、DSP都可以稱之為CPU。

　　單片機(jī)集成完整的馮諾依曼體系所規(guī)定的結(jié)構(gòu)，是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)體系。實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)算功能，應(yīng)用領(lǐng)域集中在工業(yè)自動(dòng)化控制等專門化需求的運(yùn)算領(lǐng)域。

　　ARM出品的芯片精髓在“R”，是RISC精簡指令集的意思，和傳統(tǒng)大型機(jī)以及PC微處理器采用的指令系統(tǒng)相比，RISC指令集根據(jù)80%的時(shí)候只用到了20%的處理器指令的狀況，使用了經(jīng)過精簡設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)，使得整個(gè)處理器的設(shè)計(jì)可以更加簡潔，功耗、體積大大縮小，所以ARM在目前的手機(jī)、平板等職能移動(dòng)設(shè)備上得到了廣泛應(yīng)用。隨著ARM處理能力的不斷增強(qiáng)，加上其功耗小的特點(diǎn)，也不斷在擴(kuò)展其企業(yè)級(jí)服務(wù)器集群應(yīng)用的可能性，為企業(yè)降低能耗成本。

　　DSP是數(shù)字信號(hào)處理器，相較于普通計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算的特點(diǎn)，DSP只負(fù)責(zé)數(shù)字信號(hào)（視頻、音頻或者其他傳感器獲得數(shù)字信號(hào)）處理。在日常生活中，常見的DVD、藍(lán)光播放機(jī)、數(shù)字電視機(jī)頂盒、MP3、MP4等都廣泛使用了DSP，由于設(shè)計(jì)的專門化，所以可以在較低的成本下，使DSP執(zhí)行異常復(fù)雜的編碼、解碼等信號(hào)處理工作，而無需使用價(jià)格昂貴的通用處理器。

　　所以從廣義上講，單片機(jī)、ARM和DSP都可以算做CPU，但是這種說法并不嚴(yán)格，因?yàn)槿缃馛PU往往指代的是兼容x86架構(gòu)的通用處理器，例如你電腦里的intel和amd出品的cpu。如果把單片機(jī)、ARM和DSP都稱作CPU，會(huì)在理解上產(chǎn)生偏差。

　　謝文洋，嵌入式愛好者

　　這些的確都能算CPU，前面大家已經(jīng)說過共同點(diǎn)了，我主要說說區(qū)別吧。主要區(qū)別在于用途不同造成了功能側(cè)重的區(qū)別。

　　比如單片機(jī)和低端ARM（如M3），更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f法應(yīng)該稱作Microcontroller 或 MCU（Micro Control Unit），中文一般叫“微控制器”。而CPU叫做“中央處理器”。一個(gè)Control 和 Process 還是有很大區(qū)別的。 微控制器不需要一般也不具備強(qiáng)大的計(jì)算能力，重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)各種邏輯和非邏輯控制。

　　而DSP的（Digital Signal Processor）， PROCESS表明它相比于通用單片機(jī)具有更為強(qiáng)大的處理，運(yùn)算能力?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的各種算法的處理。