单片机、ARM与DSP对比

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犹记得当年读书的时候，老师说单片机、ARM、DSP有互通之处，都是CPU，但听老师讲都听不懂。

　　我该如何理解他们，并找出他们的异同呢？我们来看看行内人的看法：
　　ICer，从事ARM CPU的SOC设计
　　按我的理解说几句吧，希望能说薄一点。
　　首先，说CPU，中央处理器，本质就是一个集成电路，实现的功能就是从一个地方（如rom）读出一个指令，从一个地方（如ram）读出数据，然后根据指令的不同对数据做不同的处理（如相加），然后把结果存回某个地方（如ram）。不同架构的cpu会有不同的指令，不同的存取方式，不同的速度，不同的效率，等等的差异。
　　然后，说单片机（通常意义所说的微控制器MCU），ARM（通常意义所说的高效能RISC），DSP（通常意义所说的通用数字信号处理器），这三个CPU分别是针对不同的应用而产生的CPU。当然这也不是绝对的，因为ARM现在出的CPU囊括了MCU（如M0），RISC（如A8），DSP（如M4）。
　　微控制器的目的主要是用作控制，他不需要多快的速度，如电饭锅的控制器，只需要控制发热元件的通断，信号等的开关等，但是对成本要求很严格，所以一般做得比较简单，4位，8位的很多。
　　高效能的RISC，常用于一些数据处理比较多的地方，最常见的莫过于现在的消费性电子产品了，手机，pad，MP4等等，目前ARM的商业模式主要是卖内核，集成到各家的SOC中间。他其实就是个通用的CPU，能干各种各样的活，和Intel的CPU一样。但是通用就有效能问题，在某些特殊场合，效能就显得没那么高了，如大量运算（譬如做FFT）的时候。这样就有DSP的用武之地了。
　　DSP，数字信号处理器，只要是做数字信号处理的模块都可以叫做一个DSP，如视频解码的IP核。但你老师所说的应该是指通用的数字信号处理器，如Ti的TMS320C55x DSP。该CPU的长处就是在于运算，大量循环的计算，如连续1024个乘加。他的指令针对这种应用有特殊的处理，相比RISC可以更快速高效地完成这类运算。
　　总的来说，学习CPU，首先就是要了解其指令集，然后了解去指令执行的方式，然后针对具体的芯片了解其外围电路，程序都是用C写的，基本使用就没啥问题了。
　　入门教材就不知道了，学好微机原理先吧。
　　一种设备能称之为CPU，是因为它能够融入到计算机的冯诺依曼体系中。冯诺依曼的计算机模型规定了计算机“运算器、存储器、控制器、外存储器、输入和输出设备”，而CPU的重要地位在于解决了运算问题，计算机的CPU能够访问存储器的数据和指令进行运算，从实现运算这一点的角度上看，无论是单片机、ARM、DSP都可以称之为CPU。
　　单片机集成完整的冯诺依曼体系所规定的结构，是一个完整的计算机体系。实现特定的运算功能，应用领域集中在工业自动化控制等专门化需求的运算领域。
　　ARM出品的芯片精髓在“R”，是RISC精简指令集的意思，和传统大型机以及PC微处理器采用的指令系统相比，RISC指令集根据80%的时候只用到了20%的处理器指令的状况，使用了经过精简设计的指令系统，使得整个处理器的设计可以更加简洁，功耗、体积大大缩小，所以ARM在目前的手机、平板等职能移动设备上得到了广泛应用。随着ARM处理能力的不断增强，加上其功耗小的特点，也不断在扩展其企业级服务器集群应用的可能性，为企业降低能耗成本。
　　DSP是数字信号处理器，相较于普通计算机实现通用计算的特点，DSP只负责数字信号（视频、音频或者其他传感器获得数字信号）处理。在日常生活中，常见的DVD、蓝光播放机、数字电视机顶盒、MP3、MP4等都广泛使用了DSP，由于设计的专门化，所以可以在较低的成本下，使DSP执行异常复杂的编码、解码等信号处理工作，而无需使用价格昂贵的通用处理器。
　　所以从广义上讲，单片机、ARM和DSP都可以算做CPU，但是这种说法并不严格，因为如今CPU往往指代的是兼容x86架构的通用处理器，例如你电脑里的intel和amd出品的cpu。如果把单片机、ARM和DSP都称作CPU，会在理解上产生偏差。
　　这些的确都能算CPU，前面大家已经说过共同点了，我主要说说区别吧。主要区别在于用途不同造成了功能侧重的区别。
　　比如单片机和低端ARM（如M3），更严谨的说法应该称作Microcontroller 或 MCU（Micro Control Unit），中文一般叫“微控制器”。而CPU叫做“中央处理器”。一个Control 和 Process 还是有很大区别的。微控制器不需要一般也不具备强大的计算能力，重点在于实现各种逻辑和非逻辑控制。
　　而DSP的（Digital Signal Processor）， PROCESS表明它相比于通用单片机具有更为强大的处理，运算能力。可以实现对数字信号的各种算法的处理。
　　举一个简单的例子。一个MP3可能由一块普通MCU+一块专用DSP 芯片组成。其中普通MCU叫主控芯片，负责全局控制。诸如通过处理按键来响应用户的操作，控制屏幕输出相关播放信息给用户等等。而DSP只负责音频文件的解码。可见，全局的控制工作，逻辑比较繁琐，比如显示中各级菜单的实现，这是MCU适合的工作。而音频解码需要强大的运算能力，普通MCU难以胜任，就需要DSP来进行。
　　而ARM和单片机，我个人认为没有特别严格意义的界限，主要看功能和需求的划分。ARM本身已经给我们划分的很好了：”ARMv7架构定义了三大分工明确的系列：‘A’系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；‘R’系列针对实时系统；‘M’系列对微控制器。“ 所以诸如STM32之类的Cortex-M3芯片其实也可以理解做高端单片机的范畴。侧重于控制，片内集成，低功耗等指标。相比传统51，AVR。 Contrex-M系列的微控制器集成了更多的资源（如更高位的AD，更多的串口，以及I2C，SPI之类的外设总线）。而且32位相比传统8位和16位的单片机也更有优势。
　　而消费类电子产品中的ARM显然需要更为强大的运算功能。这一块我不太熟悉，就不多说了。
　　额，发现楼主还问了如何学习。其实很简单，就是实践。买一块开发板实际动手做比什么都强，有机会参与一些项目更好，自学现在网络资源也非常丰富，不用担心。可以从8位单片机学起，作为入门。虽然近些年大家都说51落伍了，但是作为单片机入门还是很好的，相对简单，网上资源到处都是。你去买任何一个模块几乎都会给你提供51的例程。。。我现在就经常拿51测试模块，测试好了再改一下代码用到stm32上。
　　总之，只看书是没有用的。还是要多动手。写写代码，烧烧程序，焊焊简单的电路。你会收获很多。
　　我也来说一下自己的理解。
　　首先，“嵌入式”这是个概念，准确的定义没有，各个书上都有各自的定义。但是主要思想是一样的，就是相比较PC机这种通用系统来说，嵌入式系统是个专用系统，结构精简，在硬件和软件上都只保留需要的部分，而将不需要的部分裁去。所以嵌入式系统一般都具有便携、低功耗、性能单一等特性。
　　然后，MCU、DSP、FPGA这些都属于嵌入式系统的范畴，是为了实现某一目的而使用的工具。
　　MCU经过这么多年的发展，早已不单单只有普林斯顿结构的51了，性能也已得到了很大的提升。因为MCU必须顺序执行程序，所以适于做控制，较多地应用于工业。而ARM本是一家专门设计MCU的公司，由于技术先进加上策略得当，这两年独霸单片机市场。ARM的单片机有很多种类，从低端M0（小家电）到高端A8、A9（手机、平板电脑）都很吃香，所以也不是ARM的单片机一定要上系统，关键看应用场合。
　　DSP叫做数字信号处理器，它的结构与MCU不同，加快了运算速度，突出了运算能力。可以把它看成一个超级快的MCU。低端的DSP，如C2000系列，主要是用在电机控制上，不过TI公司好像称其为DSC（数字信号控制器）一个介于MCU和DSP之间的东西。高端的DSP，如C5000/C6000系列，一般都是做视频图像处理和通信设备这些需要大量运算的地方。
　　FPGA叫做现场可编程逻辑阵列，本身没有什么功能，就像一张白纸，想要它有什么功能完全靠编程人员设计。如果你够NB，你可以把它变成MCU，也可以变成DSP。由于MCU和DSP的内部结构都是设计好的，所以只能通过软件编程来进行顺序处理，而FPGA则可以并行处理和顺序处理，所以比较而言速度最快。
　　那么为什么MCU、DSP和FPGA会同时存在呢？那是因为MCU、DSP的内部结构都是由IC设计人员精心设计的，在完成相同功能时功耗和价钱都比FPGA要低的多。而且FPGA的开发本身就比较复杂，完成相同功能耗费的人力财力也要多。所以三者之间各有各的长处，各有各的用武之地。但是目前三者之间已经有融合的态势，ARM的M4系列里多加了一个精简的DSP核，TI的达芬奇系列本身就是ARM+DSP结构，ALTERA和XINLIX新推出的FPGA都包含了ARM的核在里面。所以三者之间的关系是越来越像三基色的三个圆了。
　　一句话以蔽之“你中有我，我中有你”。
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　　 2017.09.20
　　晚23：28
　　转自电子发烧友

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