淺談單片機、ARM和DSP的異同

猶記得當年讀書的時候，老師說單片機、arm、dsp有互通之處，都是cpu，但聽老師講都聽不懂。

　　我該如何了解他們，并找出他們的異同呢？我們來看看行内人的看法：

　　icer，從事arm cpu的soc設計

　　按我的了解說幾句吧，希望能說薄一點。

　　首先，說cpu，中央處理器，本質就是一個內建電路，實作的功能就是從一個地方（如rom）讀出一個指令，從一個地方（如ram）讀出資料，然後根據指令的不同對資料做不同的處理（如相加），然後把結果存回某個地方（如ram）。不同架構的cpu會有不同的指令，不同的存取方式，不同的速度，不同的效率，等等的差異。

　　然後，說單片機（通常意義所說的微控制器mcu），arm（通常意義所說的高效能risc），dsp（通常意義所說的通用數字信号處理器），這三個cpu分别是針對不同的應用而産生的cpu。當然這也不是絕對的，因為arm現在出的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，如電飯鍋的控制器，隻需要控制發熱元件的通斷，信号等的開關等，但是對成本要求很嚴格，是以一般做得比較簡單，4位，8位的很多。

　　高效能的risc，常用于一些資料處理比較多的地方，最常見的莫過于現在的消費性電子産品了，手機，pad，mp4等等，目前arm的商業模式主要是賣核心，內建到各家的soc中間。他其實就是個通用的cpu，能幹各種各樣的活，和intel的cpu一樣。但是通用就有效能問題，在某些特殊場合，效能就顯得沒那麼高了，如大量運算（譬如做fft）的時候。這樣就有dsp的用武之地了。

　　dsp，數字信号處理器，隻要是做數字信号處理的子產品都可以叫做一個dsp，如視訊解碼的ip核。但你老師所說的應該是指通用的數字信号處理器，如ti的tms320c55x dsp。該cpu的長處就是在于運算，大量循環的計算，如連續1024個乘加。他的指令針對這種應用有特殊的處理，相比risc可以更快速高效地完成這類運算。

　　總的來說，學習cpu，首先就是要了解其指令集，然後了解去指令執行的方式，然後針對具體的晶片了解其外圍電路，程式都是用c寫的，基本使用就沒啥問題了。

　　入門教材就不知道了，學好微機原理先吧。

　　qccc

　　一種裝置能稱之為cpu，是因為它能夠融入到計算機的馮諾依曼體系中。馮諾依曼的計算機模型規定了計算機“運算器、存儲器、控制器、外存儲器、輸入和輸出裝置”，而cpu的重要地位在于解決了運算問題，計算機的cpu能夠通路存儲器的資料和指令進行運算，從實作運算這一點的角度上看，無論是單片機、arm、dsp都可以稱之為cpu。

　　單片機內建完整的馮諾依曼體系所規定的結構，是一個完整的計算機體系。實作特定的運算功能，應用領域集中在工業自動化控制等專門化需求的運算領域。

　　arm出品的晶片精髓在“r”，是risc精簡指令集的意思，和傳統大型機以及pc微處理器采用的指令系統相比，risc指令集根據80%的時候隻用到了20%的處理器指令的狀況，使用了經過精簡設計的指令系統，使得整個處理器的設計可以更加簡潔，功耗、體積大大縮小，是以arm在目前的手機、平闆等職能移動裝置上得到了廣泛應用。随着arm處理能力的不斷增強，加上其功耗小的特點，也不斷在擴充其企業級伺服器叢集應用的可能性，為企業降低能耗成本。

　　dsp是數字信号處理器，相較于普通計算機實作通用計算的特點，dsp隻負責數字信号（視訊、音頻或者其他傳感器獲得數字信号）處理。在日常生活中，常見的dvd、藍光播放機、數字電視機頂盒、mp3、mp4等都廣泛使用了dsp，由于設計的專門化，是以可以在較低的成本下，使dsp執行異常複雜的編碼、解碼等信号處理工作，而無需使用價格昂貴的通用處理器。

　　是以從廣義上講，單片機、arm和dsp都可以算做cpu，但是這種說法并不嚴格，因為如今cpu往往指代的是相容x86架構的通用處理器，例如你電腦裡的intel和amd出品的cpu。如果把單片機、arm和dsp都稱作cpu，會在了解上産生偏差。

　　謝文洋，嵌入式愛好者

　　這些的确都能算cpu，前面大家已經說過共同點了，我主要說說差別吧。主要差別在于用途不同造成了功能側重的差別。

　　比如單片機和低端arm（如m3），更嚴謹的說法應該稱作microcontroller 或 mcu（micro control unit），中文一般叫“微控制器”。而cpu叫做“中央處理器”。一個control 和 process 還是有很大差別的。 微控制器不需要一般也不具備強大的計算能力，重點在于實作各種邏輯和非邏輯控制。

　　而dsp的（digital signal processor）， process表明它相比于通用單片機具有更為強大的處理，運算能力。可以實作對數字信号的各種算法的處理。

　　舉一個簡單的例子。一個mp3可能由一塊普通mcu+一塊專用dsp 晶片組成。 其中普通mcu叫主要晶片，負責全局控制。諸如通過處理按鍵來響應使用者的操作，控制螢幕輸出相關播放資訊給使用者等等。而dsp隻負責音頻檔案的解碼。可見，全局的控制工作，邏輯比較繁瑣，比如顯示中各級菜單的實作，這是mcu适合的工作。而音頻解碼需要強大的運算能力，普通mcu難以勝任，就需要dsp來進行。

　　而arm和單片機，我個人認為沒有特别嚴格意義的界限，主要看功能和需求的劃分。arm本身已經給我們劃分的很好了：”armv7架構定義了三大分工明确的系列：‘a’系列面向尖端的基于虛拟記憶體的作業系統和使用者應用；‘r’系列針對實時系統；‘m’系列對微控制器。“ 是以諸如stm32之類的cortex-m3晶片其實也可以了解做高端單片機的範疇。側重于控制，片内內建，低功耗等名額。相比傳統51，avr。 contrex-m系列的微控制器內建了更多的資源（如更高位的ad，更多的序列槽，以及i2c，spi之類的外設總線）。而且32位相比傳統8位和16位的單片機也更有優勢。

　　而消費類電子産品中的arm顯然需要更為強大的運算功能。 這一塊我不太熟悉，就不多說了。

　　額，發現樓主還問了如何學習。其實很簡單，就是實踐。買一塊開發闆實際動手做比什麼都強，有機會參與一些項目更好，自學現在網絡資源也非常豐富，不用擔心。可以從8位單片機學起，作為入門。雖然近些年大家都說51落伍了，但是作為單片機入門還是很好的，相對簡單，網上資源到處都是。你去買任何一個子產品幾乎都會給你提供51的例程。。。我現在就經常拿51測試子產品，測試好了再改一下代碼用到stm32上。

　　總之，隻看書是沒有用的。還是要多動手。寫寫代碼，燒燒程式，焊焊簡單的電路。你會收獲很多。

　　anning865

　　我也來說一下自己的了解。

　　首先，“嵌入式”這是個概念，準确的定義沒有，各個書上都有各自的定義。但是主要思想是一樣的，就是相比較pc機這種通用系統來說，嵌入式系統是個專用系統，結構精簡，在硬體和軟體上都隻保留需要的部分，而将不需要的部分裁去。是以嵌入式系統一般都具有便攜、低功耗、性能單一等特性。

　　然後，mcu、dsp、fpga這些都屬于嵌入式系統的範疇，是為了實作某一目的而使用的工具。

　　mcu經過這麼多年的發展，早已不單單隻有普林斯頓結構的51了，性能也已得到了很大的提升。因為mcu必須順序執行程式，是以适于做控制，較多地應用于工業。而arm本是一家專門設計mcu的公司，由于技術先進加上政策得當，這兩年獨霸單片機市場。arm的單片機有很多種類，從低端m0（小家電）到高端a8、a9（手機、平闆電腦）都很吃香，是以也不是arm的單片機一定要上系統，關鍵看應用場合。

　　dsp叫做數字信号處理器，它的結構與mcu不同，加快了運算速度，突出了運算能力。可以把它看成一個超級快的mcu。低端的dsp，如c2000系列，主要是用在電機控制上，不過ti公司好像稱其為dsc（數字信号控制器）一個介于mcu和dsp之間的東西。高端的dsp，如c5000/c6000系列，一般都是做視訊圖像處理和通信裝置這些需要大量運算的地方。

　　fpga叫做現場可程式設計邏輯陣列，本身沒有什麼功能，就像一張白紙，想要它有什麼功能完全靠程式設計人員設計。如果你夠nb，你可以把它變成mcu，也可以變成dsp。由于mcu和dsp的内部結構都是設計好的，是以隻能通過軟體程式設計來進行順序處理，而fpga則可以并行處理和順序處理，是以比較而言速度最快。

　　那麼為什麼mcu、dsp和fpga會同時存在呢？那是因為mcu、dsp的内部結構都是由ic設計人員精心設計的，在完成相同功能時功耗和價錢都比fpga要低的多。而且fpga的開發本身就比較複雜，完成相同功能耗費的人力财力也要多。是以三者之間各有各的長處，各有各的用武之地。但是目前三者之間已經有融合的态勢，arm的m4系列裡多加了一個精簡的dsp核，ti的達芬奇系列本身就是arm+dsp結構，altera和xinlix新推出的fpga都包含了arm的核在裡面。是以三者之間的關系是越來越像三基色的三個圓了。

　　一句話以蔽之“你中有我，我中有你”。