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              單片機、ARM、FPGA、嵌入式的區別及各自特點

              2018年10月18日 13:20:01來源:信盈達關鍵詞:嵌入式系統

              學習嵌入式需要了解硬件知識,其中包括單片機、ARM、FPGA等,不同的硬件有不同的特點,需要了解他們相應的特點才有利于操作應用。

              那么單片機、ARM、FPGA、嵌入式的區別和特點有哪些呢?

              單片機的特點:

              (1)高集成度,體積小,高可靠性 單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上,集成度很高,體積自然也是最小的。單片機程序指令,常數及表格等固化在ROM中不易破壞,許多信號通道均在一個芯片內,故可靠性高。  

              (2)控制功能強 為了滿足對對象的控制要求,單片機的指令系統均有極豐富的條件:分支轉移能力,I/O口的邏輯操作及位處理能力,非常適用于專門的控制功能。 

              (3)低電壓,低功耗,便于生產便攜式產品 。為了滿足廣泛使用于便攜式系統,許多單片機內的工作電壓僅為1.8V~3.6V,而工作電流僅為數百微安。

              嵌入式系統

              ARM的特點:

              (1)自帶廉價的程序存儲器(FLASH)和非易失的數據存儲器(EEPROM)。這些存儲器可多次電擦寫,使程序開發實驗更加方便,工作更可靠。

              (2)高速度,低功耗。在和M51單片機外接相同晶振條件下,AVR單片機的工作速度是M51單片機的30-40倍;并且增加了休眠功能及CMOS技術,使其功耗遠低于M51單片機。

              (3)工業級產品。具有大電流輸出可直接驅動SSR和繼電器,有看門狗定時器,防止程序走飛,從而提高了產品的抗干擾能力。

              (4)超功能精簡指令,具有32個通用工作寄存器,相當于M51單片機中32個累加器!從而克服了單一累加器工作的瓶頸效應。

              (5)程序下載方便。AVR單片機即可并行下載也可串行下載,無需昂貴的編程器。此外,還可以在線下載!也就是說可以直接在電路板上進行程序修改和燒錄。

              (6)具有模擬比較器、脈寬調制器、模數轉換功能。使得工業控制中的模擬信號處理更為簡單方便。

              (7)并行口、定時計數器、中斷系統等單片機內部重要資源的功能進行了大幅度提升,使之更適合工業生產過程的實時控制。

              (8)其時鐘頻率既可外接也可使用單片機內部自帶的振蕩器,其頻率可在1MHz-8MHz內設置,使得硬件開發制作更為簡潔。

              (9)強大的通訊功能,內置了同步串行接口SPI、通用串行接口UAST、兩線串行總線接口TWI(I2C ),使網絡控制、數據傳送更為方便。

              (10)超級保密功能,應用程序可采用多重保護鎖功能。可低價快速完成廠家產品商品化等等。 除上述特點外“零外設”也是AVR嵌入式單片機的重要特征。由于該芯片已內置了程序存儲器、晶振并增加了在線匯編功能。所以AVR單片機芯片接上直流電源,下載個程序就可以獨立工作。無需附加外部設備,無需使用昂貴的編程器和仿真裝置。這給我們學習和開發帶來了便利條件。

              FPGA的特點:

              (1)采用FPGA設計ASIC電路(專用集成電路),用戶不需要投片生產,就能得到合用的芯片。

              (2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。

              (3)FPGA內部有豐富的觸發器和I/O引腳。

              (4)FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發費用最低、風險最小的器件之一。

              (5)FPGA采用高速CMOS工藝,功耗低,可以與CMOS、TTL電平兼容。

              (6)可以說,FPGA芯片是小批量系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之一。

              (7)FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態的,因此,工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式,采用不同的編程方式。

              (8)加電時,FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中,配置完成后,FPGA進入工作狀態。掉電后,FPGA恢復成白片,內部邏輯關系消失,因此,FPGA能夠反復使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器,只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當需要修改FPGA功能時,只需換一片EPROM即可。這樣,同一片FPGA,不同的編程數據,可以產生不同的電路功能。因此,FPGA的使用非常靈活。

              嵌入式操作系統

              嵌入式系統的特點:

              (1)系統內核小

              由于嵌入式系統一般是應用于小型電子裝置的,系統資源相對有限,所以內核較之傳統的操作系統要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統,內核只有5K,而Windows的內核?簡直沒有可比性。

              (2)專用性強

              嵌入式系統的個性化很強,其中的軟件系統和硬件的結合非常 緊密,一般要針對硬件進行系統的移植,即使在同一品牌、同一系列的產品中也 需要根據系統硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務,往往需要對系統進行較大更改,程序的編譯下載要和系統相結合,這種修改和通用軟件的 “升級”是完全兩個概念。

              (3)系統精簡

              嵌入式系統一般沒有系統軟件和應用軟件的明顯區分,不要求 其功能設計及實現上過于復雜,這樣一方面利于控制系統成本,同時也利于實現系統安全。

              (4)高實時性的系統軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態存儲,以提高速度;軟件代碼要求高質量和高可靠性。

              (5)嵌入式軟件開發要想走向標準化,就必須使用多任務的操作系統。

              嵌入式系統的應用程序可以沒有操作系統直接在芯片上運行;但是為了合理地調度多任 務、利用系統資源、系統函數以及和專家庫函數接口,用戶必須自行選配RTOS (Real-Time OperatingSystem)開發平臺,這樣才能保證程序執行的實時性、 可靠性,并減少開發時間,保障軟件質量。

              (6)嵌入式系統開發需要開發工具和環境。

              由于其本身不具備自舉開發能力, 即使設計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的,必須有一套 開發工具和環境才能進行開發,這些工具和環境一般是基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發時往往有主機和目標機的 概念,主機用于程序的開發,目標機作為最后的執行機,開發時需要交替結合進行

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