電子科技大學嵌入式soc與嵌入式

SOC與嵌入式1SOC的歷史1994年Motorola發(fā)布的Flexcore系統(tǒng)（用來制作基于68000和PowerPC的定制CPU）和1995年LSILogic公司為Sony公司設計的SOC，可能是基于IP(intellectualproperty)核完成SOC設計最早的報導。由于SOC可以充分利用已有的設計積累，顯著地提高了ASIC的設計能力，所以發(fā)展非常訊速。2SOC定義從廣義上說，SOC就是一個小系統(tǒng)，如果說CPU（MCU）是大腦，那么SOC就是包括大腦、心臟、眼睛和手的系統(tǒng)。國內(nèi)外學術界一般傾向?qū)OC定義為：在單一硅片上集成數(shù)字和模擬混合電路、信號采集和轉(zhuǎn)換（A/D、D/A）、存儲器、MPU、MCU、DSP、I/O等多種功能的模塊，甚至包括相應的嵌入式軟件（包含嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式網(wǎng)絡協(xié)議棧和嵌入式應用軟件等）實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，這樣就可以將原來需要幾個、幾十個乃至幾百個IC電路組成的印制電路板全部集成在一個芯片上，因此，它又稱為片上系統(tǒng)。除了那些無法集成的外部電路或機械部分以外，其他所有的系統(tǒng)電路全部集成在一起。

3SoC特征

SoC的特征：

實現(xiàn)復雜系統(tǒng)功能的VLSI；

采用超深亞微米工藝技術（最小特征尺寸<=0.25μm）；

使用一個以上嵌入式CPU/數(shù)字信號處理器； 外部可以對芯片進行編程；

主要采用第三方IP進行設計。

4SOC優(yōu)點SOC是面向特定用戶的，能最大滿足嵌入式系統(tǒng)要求。具有很多優(yōu)勢：1.極大地降低功耗2.減少印制板上部件數(shù)目和管腳數(shù)3.減少板卡失效可能性4.改善板卡性能5.降低風冷要求6.減少系統(tǒng)開發(fā)成本7.增加產(chǎn)品一次性合格率。尤其適合手持設備、信息家電、儀器儀表,單兵信息化等。5SOC技術支持SOC設計在很大程度上是需求推動，SOC的設計者（公司）要求有專門的技術，IP（intellectualproperty）庫、SOC總線架構和嵌入式軟件（包括OS)支撐，要有廣泛的多功能IP核和將客戶邏輯與之集成在一起的設計藝術，以滿足客戶產(chǎn)品開發(fā)的需求。6SOC應用SOC在中低端方面,主要是面向嵌入式應用，即向手持移動應用，多媒體的信息處理等。SOC需要具備各種各樣的接口，如USB、IrDA、CAN、LCD、MAC/WLAN等通信接口。同時要提供相應的通信組網(wǎng)協(xié)議和物理層驅(qū)動軟件，滿足新領域的發(fā)展。SOC在中高端方面將取代傳統(tǒng)意義上的CPU，向系統(tǒng)性能更好，功耗更小、成本更低，可靠性更高、開發(fā)更容易、滿足以GUI圖屏為中心的多媒體界面與信息終端交互需求。SOC具有32位，64位RISC芯片或DSP芯片等增強處理能力，同時支持嵌入式RTOS發(fā)展。7競爭激烈SOC領域的競爭已經(jīng)激烈地展開，由此，SOC引領著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。如Cypress的Psoc（混合信息陣列）系列、ARM系列、MIPS系列等。已經(jīng)涌入國內(nèi)，而國內(nèi)也有中科SOC、北大眾志、方舟2號、國信C*core等擁有自主知識產(chǎn)權的處理器核、IP核心、總線架構、又保證兼容性的SOC，并正在帶動國內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)向深度、廣度方向發(fā)展。8SOC與單片機設計一個具有多個傳感器的測試系統(tǒng)，往往須要根據(jù)單片機的特點設計相應的外部總線，應用系統(tǒng)由此而龐大。采用SOC技術后，系統(tǒng)不再需要外部總線，所選用單片機中不需要的資源也可以去除掉，只保留所需要的CPU等功能模塊。這兩種設計方法的方框圖如圖2所示。SOC使單片機應用技術發(fā)生了革命性的變化9IP核什么是IP?IP是IntellectualProperty的英文首字母縮寫，字面上的意思是知識產(chǎn)權。在微電子領域中，IP是指可用來生成ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）和PLD（ProgrammableLogicDevice）的邏輯功能塊，又稱為IP核（IPCore）及虛擬器件VC。IP核的內(nèi)容有很多種，比如UART（UniversalAsynchronousReceiverTransmitter）、CPU、以太網(wǎng)控制器、PCI接口等。IP在集成電路的設計和制造上有很重要的作用，芯片內(nèi)既可采用一種IP核，也可采用多種IP核，進而整合成具有復雜功能的集成電路。10

硬IP和軟IP

根據(jù)IP核描述的所在集成電路的設計層次，或者說根據(jù)核優(yōu)化的程度，IP可分為硬IP和軟IP。硬IP的芯片中物理掩膜布局已得到證明，所有的驗證和仿真工作都已完成，用它可以直接產(chǎn)生硅片，系統(tǒng)設計者不能再對它進行修改。而軟IP是以Verilog或VHDL代碼的形式存在，它要經(jīng)過邏輯綜合及版圖綜合才能最終實現(xiàn)在硅片上。表1為硬IP核與軟IP核的對照。

11硬IP和軟IP

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硬IP和軟IP

從表1可以看出，硬IP核系統(tǒng)設計師不能再對它進行修改。其優(yōu)點是時序固定，并可在設計期內(nèi)當成庫模塊，缺點是設計師既不能用戶化它的功能又不能調(diào)整它的時序以滿足整個芯片的時序要求?；谟布枋稣Z言（HDL）的軟IP核具有完全的技術獨立性和靈活性，設計易被修改或可與其它多種技術的IP進行重復綜合。軟IP的缺點是不能保證關鍵的時序，且它需要為每種應用進行綜合、布局和布線。

13固IP由于硬IP和軟IP各有優(yōu)缺點，因此IP的發(fā)展須揚長避短，將硬IP和軟IP的優(yōu)點相結合。目前最新類型的IP為可配置IP，又稱固IP（FirmIP）。固IP核它是由固定和可綜合