随着当前电路功能越来越复杂，对主要处理器件性能的高速化、集成化以及器件设计开发的灵活性都提出了很高的要求，现在越来越多的工程师都开始选用集成度高的大规模可编程处理器件来实现自己的目标。其中，DSP和FPGA是经常会用到的器件，它们往往在电路中起到核心的作用。但是，如何正确地选择这两种器件进行设计成为许多工程师比较头痛的问题。广电总局无线局张利达就从器件的特性、功能、应用优势等方面来阐述它们各自的特点。

　　一、芯片简介

　　1、什么是DSP

　　DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器件，其工作原理是对数字信号进行各种数学处理的算法操作，最终得到我们想要的信号。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒几百万、上千万次乘加运算（MAC），远远超过通用微处理器（例如单片机），其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。它强大的数据处理能力和高效的运行速度是最值得称道的两大特色。

　　2、什么是FPGA芯片

　　FPGA是英文Field　Program　mable　Gate　Array（现场可编程门阵列）的缩写，它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的一种。FPGA填补了数字系统设计的空白，是对微处理器的补充。FPGA的规模较大，非常适合于时序、组合等逻辑电路应用场合，它可以代替几十或者上百个通用IC芯片。

　　二、芯片特点和优缺点对比

　　1、DSP的功能特点

　　根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：（1）采用哈佛总线结构，具有独立的程序和数据总线，可以同时访问程序和数据地址空间，比传统的冯•诺依曼结构有更高的指令执行速度；（2）在一个指令周期内可完成乘法、加法和存取数据的操作；（3）片内具有较大容量RAM，在运行时可将程序和数据存入其内，提高处理速度；（4）支持多级流水线操作，有取指、译码和执行等多个流水级；（5）支持多种总线接口，方便快捷地与各种外设相连接；（6）大多带有DMA控制器，可独立于内核进行数据交互，大大提高数据传输效率；（7）在软件上有多种数字信号处理算法函数，如各种滤波器、FFT、z－变换等；（8）具有较低功耗，一般为0.5～4W，采用低功耗技术的只有0.1W，可用电池供电。由于它运算能力强，速度快，体积小，而且采用软件编程具有高度的灵活性，因此为从事各种复杂数字信号处理算法的应用提供了一条有效途径。DSP也存在一些缺点，例如，系统中的高速时钟可能带来高频干扰和电磁泄漏等问题，而且DSP技术更新速度快，对数学知识要求高，开发和调试工具有待进一步完善。

　　2、FPGA的功能特点

　　FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic　Cell　Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable　Logic　Block）、输出输入模块IOB（Input　Output　Block）和内部连线（Inter　connect）三个部分。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路，FPGA既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。可以毫不夸张地讲，FPGA能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的74电路，都可以用FPGA来实现。FPGA如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自主设计一个数字系统。当然，FPGA也有一些不足之处，它的开发是地地道道的硬件开发，需要程序员了解时序和FPGA内部结构及配置，以硬件的思想开发软件。FPGA提供了很多的通用I/O，但同时在PCB的布局布线上提出了更高的要求，尤其是FPGA采用BGA封装时。通过上面的介绍，对DSP和FPGA有所了解了，因为FPGA可以进行多线程并行处理，所以FPGA比DSP拥有更高的速度，可实现非常复杂的高速逻辑。而DSP比较擅长做较复杂的数字信号处理和运算，反之如果将滤波器、FFT等放在FPGA中实现是非常占用资源的。

　　三、在实际中的应用

　　DSP和FPGA自从20世纪末期诞生以来，就得到了飞速的发展。现如今已被广泛应用于信号处理、通信、语音、图形图像处理、军事、仪器仪表、自动控制、医疗和家用电器等许多领域。利用DSP多种总线接口以及强大的运算能力，配合FPGA高速的逻辑处理能力，在广电行业的音频处理上可以得到很好的应用。发射机前端的数字音频处理器就需要DSP来完成自动增益控制（AGC）、多波段能量控制、各种数字滤波器的设计和频谱分析等。通过这些处理算法达到音频信号峰值电平对称，有效电平平稳，可以提升节目信号的指标，避免终端设备产生过调，从而保证了设备的安全，还可以明显提高播音的效果。FPGA在系统中主要用于音频数据流和控制数据的接收、发送，人机接口、上位机接口控制，以及液晶屏显示功能。

　　在发射机调制控制系统中，还可以利用DSP做信号处理和各种预补偿算法，用FPGA可作调制控制和反馈补偿等。这里运用DSP强大的运算能力完成数字信号处理和预补偿算法，通过它的通用异步接收/发送（UART）接口可以方便快捷地和计算机串口相连，改变补偿参数，调整发射机信噪比、失真和频率响应三大指标。选用FPGA做调制控制和反馈补偿，主要是因为其高速的逻辑处理能力和时序控制能力。利用FPGA的时序控制，在短波发射机脉阶调制（PSM）控制系统中，FPGA将DSP处理过的信号上抽样128倍，加入脉宽调制（PWM）补偿后控制功率模块，将输出动态范围提高到12bit以上。利用FPGA的高速逻辑，使得反馈补偿更加及时有效。在实际应用中，合理利用DSP和FPGA的特性来做设计，可起到事半功倍的效果。