详析单片机、ARM、FPGA嵌入式的特点及区别

XJzy

[导读] 本文详细解析单片机、ARM、FPGA嵌入式的特点及区别。
单片机的特点：
        　　（1）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般内ROM：8KB以下；
        　　（2）内RAM：256KB以内。
        　　（3）可靠性高
        　　（4）易扩展
        　　（5）控制功能强
        　　（6）易于开发
        　　ARM的特点：
        　　（1） 自带廉价的程序存储器（FLASH）和非易失的数据存储器（EEPROM）。这些存储器可多次电擦写，使程序开发实验更加方便，工作更可靠。
        　　（2） 高速度，低功耗。在和M51单片机外接相同晶振条件下，AVR单片机的工作速度是M51单片机的30-40倍；并且增加了休眠功能及CMOS技术，使其功耗远低于M51单片机。
        　　（3） 工业级产品。具有大电流输出可直接驱动SSR和继电器，有看门狗定时器，防止程序走飞，从而提高了产品的抗干扰能力。
        　　（4） 超功能精简指令，具有32个通用工作寄存器，相当于M51单片机中32个累加器！从而克服了单一累加器工作的瓶颈效应。
        　　（5） 程序下载方便。AVR单片机即可并行下载也可串行下载，无需昂贵的编程器。此外，还可以在线下载！也就是说可以直接在电路板上进行程序修改和烧录。
        　　（6） 具有模拟比较器、脉宽调制器、模数转换功能。使得工业控制中的模拟信号处理更为简单方便。
        　　（7） 并行口、定时计数器、中断系统等单片机内部重要资源的功能进行了大幅度提升，使之更适合工业生产过程的实时控制。
        　　（8） 其时钟频率既可外接也可使用单片机内部自带的振荡器，其频率可在1MHz-8MHz内设置，使得硬件开发制作更为简洁。
        　　（9） 强大的通讯功能，内置了同步串行接口SPI、通用串行接口UAST、两线串行总线接口TWI（I2C ），使网络控制、数据传送更为方便。
        　　（10） 超级保密功能，应用程序可采用多重保护锁功能。可低价快速完成厂家产品商品化等等。 除上述特点外“零外设”也是AVR嵌入式单片机的重要特征。由于该芯片已内置了程序存储器、晶振并增加了在线汇编功能。
        　　所以AVR单片机芯片接上直流电源，下载个程序就可以独立工作。无需附加外部设备，无需使用昂贵的编程器和仿真装置。这给我们学习和开发带来了便利条件。
        　　FPGA的特点：
        　　（1）采用FPGA设计ASIC电路（专用集成电路），用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。
        　　（2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
        　　（3）FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。
        　　（4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
        　　（5）FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
        　　可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
        　　FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。
        　　加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。
        　　嵌入式系统的特点：
        　　1、系统内核小
        　　由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系统，内核只有5K，而Windows的内核？简直没有可比性。
        　　2、专用性强
        　　嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常 紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也 需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要 对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的 “升级”是完全两个概念。
        　　3、系统精简
        　　嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求 其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。
        　　4、高实时性的系统软件（OS）是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存储，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。
        　　5、嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统
        　　嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任 务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS （Real－Time Operating System）开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、 可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。
        　　6．嵌入式系统开发需要开发工具和环境。
        　　由于其本身不具备自举开发能力， 即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套 开发工具和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬 件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机的 概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。