硬件小白名词解释DSP、MCU、FPGA、IC、CPU、MPU、ROM、RAM

作为一个在硬件方面知识为空白的coder,偏偏进了一个硬件公司,感觉好吃力,今天一个大神简单讲了一下dsp、mcu、sensor,顺便在网上搜了一下FPGA等知识,怕忘了所以马上记录下来。

IC:Integrated Circuit 集成电路,半导体元件产品的统称,通常指电子元器件,例如:加密IC、电阻、电容、pcb板等。

MCU :Micro Controller Unit 又称单片机,微型计算机,将计算机的CPU、RAM、ROM及各种I/O口集成在一个电路上形成芯片级的计算机。MCU是一种IC(集成电路)单芯片,MCU也是一种IC。中文名称为“微控制单元”,又称单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer),简称“单片机”,是指随着大规模集成电路的出现及其发展,将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。

ROM:用于存储数据,类似电脑硬盘

MPU: Micro Processor UnitMCU集成了片上外围器件;MPU不带外围器件(例如存储器阵列),是高度集成的通用结构的处理器,是去除了集成外设的MCU。MCU集成了片上外围器件;MPU不带外围器件(例如存储器阵列),是高度集成的通用结构的处理器,是去除了集成外设的MCU;DSP运算能力强,擅长很多的重复数据运算,而MCU则适合不同信息源的多种数据的处理诊断和运算,侧重于控制,速度并不如DSP。

DSP 数字信号处理芯片,这个用途可做信号处理,例如图像处理,数据采集处理,它比单片要快很多,比单片机功能要强大,比MCU功能更强大。MCU区别于DSP的最大特点在于它的通用性,反应在指令集和寻址模式中。DSP与MCU的结合是DSC,它终将取代这两种芯片。

FPGA、CPLD可变逻辑控制,这个做逻辑处理控制,小型的CPLD是没有中央处理器的,大型可以嵌入系统,功能在单片机之上,适合做大型的数据处理,逻辑控制。其价格不便宜。但是他和单片机有本质的区别。例如单片机有内嵌外设 AD,DA转换等,CPLD则需要通过控制其他外设IC。

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CPU(Central Processing Unit),是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段:提取(Fetch)、解码(Decode)、执行(Execute)和写回(Writeback)。 CPU从存储器或高      速 缓冲存储器中取出指令,放入指令寄存器,并对指令译码,并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。发展出来三个分枝,一个是DSP(Digital Signal Processing/Processor,数字信号处理),另外两个是MCU(Micro Control Unit,微控制器单元)和MPU(Micro Processor Unit,微处理器单元)。


MPU (Micro Processor Unit),叫微处理器(不是微控制器),通常代表一个功能强大的CPU(暂且理解为增强版的CPU吧),但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核心CPU。最常见的微处理器是Motorola的68K系列和Intel的X86系列。
MCU(Micro Control Unit),叫微控制器,是指随着大规模集成电路的出现及其发展,将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上,形成芯片级的芯片,比如51,avr这些芯片,内部除了CPU外还有RAM,ROM,可以直接加简单的外围器件(电阻,电容)就可以运行代码了,而MPU如x86,arm这些就不能直接放代码了,它只不过是增强版的CPU,所以得添加RAM,ROM。
SOC(System on Chip),指的是片上系统,MCU只是芯片级的芯片,而SOC是系统级的芯片,它既MCU(51,avr)那样有内置RAM,ROM同时又像MPU(arm)那样强大的不单单是放简单的代码,可以放系统级的代码,也就是说可以运行操作系统(将就认为是MCU集成化与MPU强处理力各优点二合一)。
SOPC(System On a Programmable Chip)可编程片上系统,上面4点的硬件配置是固化的,就是说51单片机就是51单片机,不能变为avr,而avr就是avr不是51单片机,他们的硬件是一次性掩膜成型的,能改的就是软件配置,说白点就是改代码,本来是跑流水灯的,改下代码,变成数码管,而SOPC则是硬件配置,软件配置都可以修改,软件配置跟上面一样,没什么好说的,至于硬件,是可以自己构建的也就是说这个芯片是自己构造出来的,这颗芯片我们叫“白片”,什么芯片都不是,把硬件配置信息下载进去了,他就是相应的芯片了,可以让他变成51,也可以是avr,甚至arm,同时SOPC是在SOC基础上来的,所以他也是系统级的芯片,所以记得当把他变成arm时还得加外围ROM,RAM之类的,不然就是MPU了。


顺便再讲一下这个SOPC吧,首先上面讲的“白片”一般指的是FPGA或CPLD这类芯片,由于它是可配置的,所以一旦断电,他的硬件配置就没了,当然,软件配置也没了,什么都没了,比如把他硬件配置成51单片机,软件配置为跑流水灯,结果一断电,这个芯片就什么都不是了,恢复原样“白片”。
一般有两种用法,一是用它来验证芯片,因为他是可以多次下载配置验证的,成功后再把这硬件配置下载到一次性的芯片上,如果采用基于hardcopy的SOC则成功率100%,不然每次下载硬件配置验证用SOC等到你调试出正确的硬件配置,那得烧多少芯片啊,毕竟这些是一次性的,不成功只能成仁--扔掉!跟调试软件配置一样,一般软件调试很多次才能成功的,所以他是验证技术,行了再将配置配在其他的芯片,第二种方法是,芯片就用这“白片”,然后把配置信息放到flash里,上电后先将这硬件配置信息烧入这“白片”,使其变成自己想要的芯片,然后再调入软件配置。其中硬件配置可以用quartus软件编写,软件配置可以用NIOS软件,这都是altera公司的产品,可以去查看。

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