從數(shù)字信號處理架構(gòu)來對比FPGA，ARM，DSP的優(yōu)勢，使用Theano，Python，PYNQ和Zynq開發(fā)定點Deep Recurrent神經(jīng)網(wǎng)絡，如何在 Zynq UltraScale+ MPSoC 上實現(xiàn) Linux UIO 設計。

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1.內(nèi)容概要

信號處理系統(tǒng)一般不單單是模擬信號或者數(shù)字信號，一般兩者都會有。信號的處理關注的是信號以及信號所包含的信息的表示、變換及運算。

圖1 典型的數(shù)字信號處理系統(tǒng)

1》模擬信號（analog signal）的輸入一般包括（聲、電、光、熱等）模擬的連續(xù)信號；

2》模擬信號抗混疊（anti-aliasing filter）希望分開兩個或多個混疊在一起的信號，或者增強某些信號；

3》AD將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；

4》DSP/FPGA/ARM/MPU數(shù)字信號處理。

整個系統(tǒng)分為三個域，從模擬到數(shù)字，再到數(shù)字信號處理，再到數(shù)字變模擬。

數(shù)字信號處理一般所研究的內(nèi)容涉及采樣、濾波、變換、檢測、譜分析、估計、壓縮以及識別等；數(shù)字信號處理的理論和算法是密不可分的；相對于模擬信號系統(tǒng)處理，數(shù)字信號處理體積小、功耗低、精度高、易于大規(guī)模集成以及可進行二維以及多維處理等優(yōu)勢。

數(shù)字信號處理系統(tǒng)的性能取決于三個因素：采樣頻率、架構(gòu)和字長。

2.典型處理器對比

DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要應用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點：

（1）在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；

（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；

（3）片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問；

（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；

（5）快速的中斷處理和硬件I/O支持；

（6）具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；

（7）可以并行執(zhí)行多個操作；

（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。

當然，與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對較弱些。

MPU（Microprocessor Unit）微處理器

微機中的中央處理器（CPU）稱為微處理器（MPU），是構(gòu)成微機的核心部件，也可以說是微機的心臟。它起到控制整個微型計算機工作的作用，產(chǎn)生控制信號對相應的部件進行控制，并執(zhí)行相應的操作。

微處理器的功能結(jié)構(gòu)主要包括：運算器、控制器、寄存器三部分：

運算器的主要功能就是進行算術(shù)運算和邏輯運算。

控制器是整個微機系統(tǒng)的指揮中心，其主要作用是控制程序的執(zhí)行。包括對指令進行譯碼、寄存，并按指令要求完成所規(guī)定的操作，即指令控制、時序控制和操作控制。

寄存器用來存放操作數(shù)、中間數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)。

FPGA 具有規(guī)則的可編程結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)各種邏輯功能。

1》運算能力強，并行能力強。

2》設計過程中具有很大的靈活性。

3》通過集成可以降低系統(tǒng)成本。

3.混合系統(tǒng)

圖2 FPGA作為協(xié)處理系統(tǒng)

圖3 FPGA作為預處理系統(tǒng)

圖4 FPGA+DSPs+ARM的數(shù)字信號處理系統(tǒng)

如圖2、3和4數(shù)字信號處理系統(tǒng)，在不同的情況下我們可以采用不同的系統(tǒng)，具體根據(jù)芯片各自的優(yōu)勢來選擇不同的系統(tǒng)。