soc分類及其技術(shù)發(fā)展趨勢(存儲版)
【正文】 研究，也會為計算機(jī)學(xué)科發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。 SoC 的技術(shù)發(fā)展趨勢將是 SoC、 MEMS 和 SiP 這三者技術(shù)融合，計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)不斷得到豐富發(fā)展 。 SoC 必將與 MEMS、 SiP 相融合，在很多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ⅰ俺缘簟保ㄈ〈┪C(jī)，也必將導(dǎo)致又一次以系統(tǒng)集成芯片為特色的信息技術(shù)革命， 21 世紀(jì)初期將是 SoC 技術(shù)真正快速發(fā)展的時期。 系統(tǒng)集成最大的優(yōu)勢在于繼承和發(fā)展各種工藝技術(shù)帶來的好處 。 隨著國內(nèi)外處理器 /IP 核設(shè)計技術(shù)快速發(fā)展，為計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)學(xué)科發(fā)展提供了強(qiáng)大的推動力。 SoC 市場規(guī)模的日益擴(kuò)大，在信息技術(shù)和電子產(chǎn)品領(lǐng)域的地位越來越重要。 計算機(jī)領(lǐng)域的總線架構(gòu)技術(shù)、算法實(shí)現(xiàn)技術(shù)、模塊化設(shè)計技術(shù)、 BIOS 技術(shù)、軟件工程技術(shù)、軟硬件調(diào)試技術(shù)、系統(tǒng)驗(yàn)證技術(shù)、性能評估技術(shù)、實(shí)時處理技術(shù)、可靠性設(shè)計技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、負(fù)載平衡技術(shù)和低功耗設(shè)計技術(shù)等等無不反映到 SoC 設(shè)計技術(shù)中，也促使 SoC 能在幾年內(nèi)迅猛發(fā)展起來，成為后 PC 時代 的計算機(jī)主要發(fā)展方向之一。 I軸有 SISD、 SIMD、 MISD 和 MIMD 等 4 種基本體系結(jié)構(gòu)分類，共有 I = 04C + 14C + 24C + 34C + 44C =16（種），其中 n4C 表示 SoC 在 I 軸上有 n 種特征混合。脈動陣列是一系列數(shù)據(jù)路徑部件 DPU（ Data Path Unit）的陣列。有些適合低端嵌入式產(chǎn)品，有些適合手持產(chǎn)品，有些適合高能性產(chǎn)品，各有自己的優(yōu)勢。除了上述特點(diǎn)外，還涉及目前已引起普遍關(guān)注的軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)。 3 SoC 分類 SoC 產(chǎn)品和技術(shù)不斷發(fā)展，但在 SoC 分類上業(yè)界還未形成主流看法，本文將其歸類為 CSoC、 SOPC 和 ASIC SoC等三大類，然后統(tǒng)一到 SoC 體系結(jié)構(gòu)分類模型中。驗(yàn)證工作約占整個設(shè)計工作的 70%，如何提高驗(yàn)證覆蓋率和驗(yàn)證效率是設(shè)計驗(yàn)證的永恒話題。 軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù) 由于市場和設(shè)計風(fēng)險的壓力， SoC 軟硬件協(xié)同設(shè)計尤為重要。 總線架構(gòu)技術(shù) 總線結(jié)構(gòu)及互連技術(shù)，直接影響芯片總體性能發(fā)揮。在我國臺灣地區(qū)，如 Rise Technology 公司的 SCX501,SiS 公司的 SiS550 系列，均屬于 x86 系列的 SoC，適合做信息家電產(chǎn)品；基于 ARM 系列的 SoC 更是數(shù)不勝數(shù)，如 Sharp 的 LH7A400,Samsung 的 S3C44AOA,OKI 的ML67Q530 等；基于 MIPS 系列的產(chǎn)品主要是 AMD Alchemy Au1000、 Au1500 等系列產(chǎn)品；基于類指令系列的產(chǎn)品，如 Crusoe TM5800，采用超長指令，代碼效率高。 SoC 可以使應(yīng)用產(chǎn)品實(shí)現(xiàn) 小型、輕量、低功耗、 多功能、 高速度和低成本 ，因此具備較強(qiáng)的市場競爭力，主要廣泛用于計算機(jī)、通信、消費(fèi)、工控、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。SoC分類及其技術(shù)發(fā)展趨勢 張志敏 摘要 本文闡述了 SoC 研究內(nèi)容與分類技術(shù)特點(diǎn)，從 CSoC、 SoPC、 ASIC SoC 的實(shí)現(xiàn)技術(shù)對應(yīng)構(gòu)令流 C、數(shù)據(jù)流 D、指令流 I 等體系結(jié)構(gòu)概念，提出 SoC 體系結(jié)構(gòu) CDI三維模型來反映 SoC 發(fā)展規(guī)律，并指出 SoC 技術(shù)發(fā)展趨勢。 SoC 通常將微處理器、模擬 IP 核、數(shù)字 IP 核和 存儲器（或片外存儲控制接口）集成在單一芯片上 [2]。 在國際上，基于 x86 SoC 的產(chǎn)品有國家半導(dǎo)體公司的 SC2200,適合做 無線瀏覽器（ WebPad）、瘦客戶機(jī)和機(jī)頂盒 等產(chǎn)品。 SoC 設(shè)計方法學(xué)主要研究總線架構(gòu)技術(shù)、 IP 核可復(fù)用技術(shù)、可靠性設(shè)計技術(shù)、軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)、 SoC 設(shè)計驗(yàn)證技術(shù)、芯片綜合 /時序分析技術(shù)、可測性 /可調(diào)試性設(shè)計技術(shù)、低功耗設(shè)計技術(shù)、新型電路實(shí)現(xiàn)技術(shù)等 [4][5]，此外還要做操作系統(tǒng) /嵌入式軟件移植、開發(fā)研究，是一門跨學(xué)科的新 興研究領(lǐng)域。此外隨著超深亞微米技術(shù)發(fā)展，對總線傳輸?shù)目煽啃蕴岢隽藝?yán)重挑戰(zhàn)，必須研究容錯機(jī)制和故障恢復(fù)機(jī)制。由于芯片愈來愈復(fù)雜，軟件仿真開銷大，硬件仿真驗(yàn)證成為一種重要的驗(yàn)證手段。如對 SoC 片內(nèi)進(jìn)行嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)代碼的植入研究，可減輕系統(tǒng)開發(fā)者基于 BSP16開發(fā)的難度，同時 提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期 。 SoPC 技術(shù)特點(diǎn) SoPC 是一種特殊的片上系統(tǒng)，是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計方式，可裁剪、可擴(kuò)充、可升級，并具備軟硬件在線系統(tǒng)開發(fā)中可編程的功能，結(jié)合了 SoC 和 FPGA 各自的優(yōu)點(diǎn) [6][7]，一般具備以下基本特征： 1． 至少包含一個以上的嵌入式處理器 IP 核 2． 具有小容量片內(nèi)高速 RAM 資源 3． 豐富的 IP 核 資源可供靈活選擇 4． 足夠的片上可編程邏輯資源 5． 處理器調(diào)試接口和 FPGA 編程接口共用或并存 6． 可能包含部分可編程模擬電路 SoPC 結(jié)構(gòu)框圖 如圖 2所示。每一種總線架構(gòu)都是為滿足其特定應(yīng)用領(lǐng)域的要求而發(fā)展起來的?；跀?shù)據(jù)流計算的脈動陣列 [8]是該類的典型體系結(jié)構(gòu)。 任何具有指令流計算、數(shù)據(jù)流計算與構(gòu)令流計算的混合計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的 SoC 都可歸納在 CDI 三維空間中。 所謂“今天的 PCB 板就是明天的 SoC”，是很好的腳注。 進(jìn)一步細(xì)分 SoC 市場，計算機(jī)類有圖像處理、硬盤驅(qū)動、高檔打印機(jī)、個人助理等；通信類有有線網(wǎng)、無線網(wǎng)、手機(jī)、可視設(shè)備、通信基站等；消費(fèi)類有數(shù)字電視、 DVD、 STB、數(shù)碼相機(jī)等；工控類有過程控制 /處理、測試 /儀表、醫(yī)療設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)等；交通運(yùn)輸類有引擎控制、儀
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