常用数字电路的编程单元[0]

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数字电路的设计中大量的使用到数字模块，对于可以编程的模块主要实现软件的计算和软件配置硬件的功能两种功能。对于第二种情况，基本就是功能硬件化的范畴，类似GPU替代CPU实现图形运算。

一般情况下，实现计算的速度:

专用硬件>通用硬件+专用软件>通用硬件+操作系统+专用软件

例如实时控制领域：FPGA>DSP>x86

注：专用硬件可以是专门设计的固定电路也可以是可编程的非固定电路，通用硬件是固定的电路

  • DSP

数字信号处理器（英语：digital signal processor，缩写：DSP）是一种专用于数字信号处理的微处理器， 通常由MOSFET制成，被广泛应用于电信、音频处理、数字图像处理、雷达、声纳等领域，以及消费电子产品中。

简单理解就是没有操作系统的定制计算机，将应用软件和硬件驱动在一起集成的编程控制方式。其强项在于对于常用数学计算的支持，通过外围电路的设计，能够很快实现控制器的功能，但其不带外围电路本质上和cpu类似。

例如，adwin采用Ti的dsp+外围电路+二次开发环境搭建的实时控制器，详见adwin-来自德国的实时控制设备

  • MCU

微控制器（Micro Control Unit），也称为单片机，是把中央处理器、存储器、定时/计数器（timer/counter）、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。因此是相对比较完整的控制器件

 

 

以下是可编程逻辑器件PLD

主要将原先可能需要改来改去的定制电路板，变成可以通过软件编程实现硬件电路配置的一种芯片。其核心是将专用功能，通过可配置的电路实现计算和加速。

就逻辑电路本身而言，其分类如下：

  • PAL

可编程阵列逻辑（英语：Programmable Array Logic, PAL），是一种以CMOS的设计技术设计的可编程逻辑器件（PLD）。

PAL仅适合用在约数百个逻辑门所构成的小型电路

  • GAL

通用阵列逻辑（英语：Generic Array Logic, GAL），真正的差别在于芯片内部的表现特性，在程序烧录的特性上，GAL不像传统可编程逻辑阵列只能烧录一次，而是能多次烧录、多次清除芯片内的（数字逻辑）程序。

GAL仅适合用在约数百个逻辑门所构成的小型电路。

  • CPLD

复杂可编程逻辑器件（英语：Complex Programmable Logic Device, CPLD），CPLD适合用来实现各种运算和组合逻辑（combinational logic）。一颗CPLD内等于包含了数颗的PAL（可编程数组逻辑），各PAL（逻辑区块）间的互接连线也可以进行程序性的规划、刻录，CPLD运用这种多合一（All-In-One）的集成作法，使其一颗就能实现数千个逻辑门，甚至数十万个逻辑门才能构成的电路。

常于实现组合逻辑，编码译码

  • FPGA

现场可编程逻辑门阵列（英语：Field Programmable Gate Array，缩写为FPGA），作为特殊应用集成电路中的一种半定制电路，它既弥补全定制电路不足，又克服原有可编程逻辑控制器门电路数有限的缺点。

FPGA运用一种逻辑门式的网格（Grid），这种网格与普通的“闸数组”相类似，网格可以在FPGA芯片出厂后才进行配置配置的程序性规划。

而绝大多数的FPGA，其内部的程序配置配置是属于易失性的，即是无持续电力供应后配置配置的内容就会消失，所以在设备（也指：器件、芯片）重新获得电力后，就必须将配置配置内容重新加载（re-load）到FPGA中，或者期望改变FPGA内的配置配置时，也必须进行重新加载的动作。

FPGA用来实现时序逻辑电路

FPGA由于是硬件的编程，因此其功能类似于模拟电路，因此基本没有数字通讯和数据存储能力，故需要外部模块实现此功能。

参考资料：

  1. https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E7%8E%B0%E5%9C%BA%E5%8F%AF%E7%BC%96%E7%A8%8B%E9%80%BB%E8%BE%91%E9%97%A8%E9%98%B5%E5%88%97
  2. https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E5%8F%AF%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E5%8C%96%E9%99%A3%E5%88%97%E9%82%8F%E8%BC%AF
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  4. https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E8%A4%87%E9%9B%9C%E5%8F%AF%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E5%8C%96%E9%82%8F%E8%BC%AF%E8%A3%9D%E7%BD%AE
  5. https://zhuanlan.zhihu.com/p/53332657