單片機(MCU)和PLD,DSP,EDA有什么聯系和區別

來源：日期：2021-12-18

單片機和PLD DSP EDA有什么聯系和區別

如今，數字時代的核心動力是單片機、DSP、PLD/EDA，它們以各自的特點滿足各種需求，推動了信息技術的飛速發展。這里將介紹這三類電子產品，并進行比較分析。

介紹
信息技術發展迅速，其應用已滲透到各個領域和方面。如今，越來越多的電子產品正朝著智能化、小型化和低功耗的方向發展，其中一些還需要實時控制和信號處理。電子系統的復雜性日益增加，迫切需要電子設計技術的相應變革和飛躍。采用純SSI數字電路設計系統工作量大、靈活性低、系統可靠性差。單片機（MCU）設計系統的廣泛應用，克服了純SSI數字電路系統許多無法克服的困難，是一個里程碑式的飛躍。而DSP以其極強的信號處理功能贏得了廣闊的市場，并得到了廣泛的應用。近年來，PLD器件發展迅速，尤其是CPLD/FPGA進入深亞微米領域，PLD器件得到廣泛應用，以CPLD/FPGA為物質基礎的EDA技術誕生了。它具有高度智能化、自動化的電子技術特點，打破了軟件和硬件的最后一道屏障，讓硬件設計像軟件設計一樣簡單。作為一項創新技術，它正在改變數字系統的設計方法、設計過程和設計理念。 SCM、DSP、PLD/EDA各有特點，滿足了他們的各種需求。他們正在從各個層面的各個領域改變世界。它們已成為數字時代的核心驅動力，推動信息技術的快速發展。

下面分別對MCU、DSP、PLD/EDA進行介紹，并進行對比分析。

單片機

單片機是一種集成了CPU、ROM、RAM和I/O端口的微型計算機。它具有強大的接口性能，非常適合工業控制，因此也被稱為微控制器（MCU）。它不同于通用處理器。它根據工業測控對象、環境、接口等特點，向增強控制功能，提高工業環境中的可靠性，靈活方便地形成應用計算機系統的接口接口等方向發展。因此，微控制器有其自身的特點。

品種齊全，型號多樣

自INTEL推出51系列MCU以來，很多公司對其進行了改進，發展成為增強型51系列，新型MCU不斷涌現。比如摩托羅拉、飛利浦IPS就有幾十個系列、上百種產品。 CPU從8位、16位、32位到64位，大多采用RISC技術，片上I/O非常豐富，部分單片機集成A/D、“看門狗”、PWM、顯示驅動、函數發生器、鍵盤控制、等等，它們的價格也各不相同，極大地滿足了開發商的選擇自由。

低電壓低功耗

隨著超大規模集成電路的發展，NMOS技術單片機被CMOS取代，開始向HMOS過渡。電源電壓從5V降低到3V、2V甚至1V，工作電流從mA降低到μA，在便攜產品中非常實用。

DSP芯片

DSP 也稱為數字信號處理器。顧名思義，DSP主要用于數字信號處理領域，非常適合高密度、重復計算和大容量信號處理。現在已經廣泛應用于通訊、手提電腦及手提儀器、雷達、影像、航空、家用電器、醫療設備等領域，普通的手機、數字電視、數碼相機都離不開DSP。 DSP用于手機和基站，為移動通信的發展做出重要貢獻，將在2.5G和3G中發揮重要作用。可以說DSP已經融入了生活的方方面面。

與一般微處理器相比，DSP有了很大的擴展和增強，主要有：

a) 改進的哈佛結構、多總線技術和流水線結構。將程序與數據存儲器分離，使用多條總線，取指令和取數據同時進行，流水線技術，使得速度大大提高。

b) 硬件乘法器和特殊指令。這是區別于一般微處理器的一個重要標志。一般的微處理器都是用軟件來實現乘法運算，一條一條執行指令，速度慢。 DSP依靠硬件乘法器在一個周期內完成乘法運算，還具有特殊的信號處理指令，如TM320系列的FIRS、LMS、MACD指令。
EDA技術

當今電子系統的復雜性不斷增加，電子產品的更新換代越來越快，傳統的設計方法難以適應。隨著計算機技術的發展，ECAD在一定程度上減輕了設計人員的工作壓力，但其智能化和自動化水平還不盡如人意。于是EDA技術作為一種全新的技術誕生了。它正在改變數字系統和設計方法、設計流程和設計理念。

EDA（Electronic Design AutomaTIon）是電子設計自動化。它使用計算機作為工具。在EDA軟件平臺上，自動對硬件描述語言HDL中完成的設計文件進行編譯、簡化、劃分、綜合。優化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至適配編譯、邏輯映射和針對特定目標芯片的編程下載。設計者只需用HDL語言完成對系統功能的描述，借助EDA工具即可得到設計結果，并將編譯好的代碼下載到目標芯片上并在硬件上實現。這里的目標芯片是PLD器件（FPGA/CPLD）。 FPGA/CPLD是EDA技術的物質基礎，兩者密不可分。可以說，沒有PLD器件，EDA技術就變成了無源之水。

EDA技術作為一種現代電子系統開發方法，具有兩個特點。

修改軟件程序改變硬件

由于FPGA/CPLD可以通過軟件編程來重構硬件的結構和工作方式，修改軟件程序就相當于改變了硬件，非常有用。軟件可采用自頂向下的設計方案，可多人并行工作。近幾年IP核產業的興起，將幾個軟核結合起來形成一個完整的體系，大大縮短了開發周期和上市時間，有利于在激烈的市場競爭中搶占先機。

高速高可靠性

MCU和DSP都通過指令的串行執行來實現特定的功能，不可避免的低速，FPGA/CPLD可以實現硬件上的并行工作，在實時測控和高速應用中具有廣闊的前景；另一方面，FPGA/CPLD器件的功能開發是通過軟件實現的，但物理機制與純硬件電路一樣可靠。但是，在強干擾條件下，尤其是強電磁干擾下，MCU和DSP芯片很可能會超出正常工作流程，導致PC跑偏。 EDA 的高可靠性正好克服了它們固有的缺點。

SCM、DSP和FPGA/CPLD各有特點，滿足不同的需求，成為數字時代的核心力量。為了充分發揮各自的優勢，三者結合形成了新的發展趨勢。

MCU與DSP的結合

MCU價格低，能很好地完成通訊和智能控制任務，但信號處理能力較差。 DSP 正好相反。兩者結合可以滿足既需要智能控制又需要數字信號處理的場合，如手機、無繩網絡產品等，有利于減小體積、降低功耗和成本。

DSP與FPGA/CPLD的結合

由于FPGA/CPLD具有串行/并行工作模式、高速和寬口徑適用性，DSP和FPGA在一個芯片上的集成可以實現寬帶信號處理，大大提高信號處理速度。此外，FPGA可以通過硬件重新配置，功能擴展或性能提升非常容易。總之，單片機、DSP、PLD/EDA極大地推動了信息技術的發展。成為一名工程師，必須掌握從系統設計層面、電路設計層面到物理實現層面的全過程分析設計能力，能夠使用新器件、新開發工具，不斷更新概念。只有這樣才能適應時代的發展。為了把握現在，創造未來！