soc分類及其技術(shù)發(fā)展趨勢-wenkub.com
2025-08-06 23:21 本頁面
【正文】 有國內(nèi)大市場作為依托，只要整合好資源優(yōu)勢，我國芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平不僅可向世界看齊，而且有可能引領(lǐng)高端芯片設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。 SoC 的 CDI分類模型能刻畫系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，滿足更復(fù)雜系統(tǒng)的單一芯片化需求，同時推動多學(xué)科交叉發(fā)展。 MEMS 也 是多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，涉及電子工程、機(jī)械工程、材料工程、信息工程、物理學(xué)、化學(xué)、光學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科與技術(shù) [11]。 SoC 開創(chuàng)了交叉學(xué)科發(fā)展的新天地 SoC 是需要多種學(xué)科支持的新興技術(shù)領(lǐng)域。 SoC 芯片設(shè)計(jì)不僅需要較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)背景知識，而且 突 顯 了軟件開發(fā)的 地位 ， 對 開發(fā)平臺和嵌入式操作系統(tǒng) 提出了更高的要求，為計(jì)算機(jī)專業(yè)人員提供了大顯身手的廣闊天地。 SoC 在中高檔方面將取代傳統(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)更容易方向發(fā)展，滿足 人們以 GUI23屏幕為中心的多媒體界面與信息終端交互 需求，如 手寫文字輸入、 身份識別、 語音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件 、視頻播放、網(wǎng)絡(luò)游戲、可視電話、 語言同聲翻譯 等。 進(jìn)一步細(xì)分 SoC 市場，計(jì)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、儀表裝置、安全系統(tǒng)等。 尤其在高端應(yīng)用領(lǐng)域，如多 CPU 核集成和異構(gòu)型集成等系統(tǒng)需求，計(jì)算機(jī)學(xué)科會繼續(xù)從不同層面推動 SoC 的技術(shù)發(fā)展。 所謂“今天的 PCB 板就是明天的 SoC”，是很好的腳注。 4 SoC 技術(shù)發(fā)展方向 SoC 的概念從 20 世紀(jì) 90 年后期提出后，技術(shù)得到快速發(fā)展 。 任何具有指令流計(jì)算、數(shù)據(jù)流計(jì)算與構(gòu)令流計(jì)算的混合計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的 SoC 都可歸納在 CDI 三維空間中。常規(guī)的 SoPC 是其典型技術(shù)代表。基于數(shù)據(jù)流計(jì)算的脈動陣列 [8]是該類的典型體系結(jié)構(gòu)。 SoC 的分類原則 SOC 按照其所采用的體系結(jié)構(gòu)可分類如下： 一 種是基于指令流計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)，典型代表是傳統(tǒng)的 ASIC SoC。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。 19 Ball Grid Arrays 球格陣列 圖 1. 基于 XPP/Leon 的 CSoC 體系結(jié)構(gòu) JTAG PLL UART 外部存儲器接口 跟蹤 模塊 定時器 中斷控制器 看門狗定時器 256KB SRAM ARM922T APEX20K 128KB DPRAM 圖 2. SoPC 結(jié)構(gòu)框圖 ASIC SoC 技術(shù)特點(diǎn) ASIC SoC 是一種面向特定應(yīng)用的片上系統(tǒng)，具有高性能、強(qiáng)實(shí)時、高可靠、低功耗、低成本化等特點(diǎn)，一般具備以下基本特征： 1． 至少有一個以上的 CPU 核 2． 具有規(guī)范的總線架構(gòu)（如 AMBA20） 3． 具有 RAM21資源（或片上訪存控制器） 4． 具有適量的 I/O 設(shè)備（包括模擬的） 5． 具有可擴(kuò)展的接口（如 PCI22） 6． 具有可在線調(diào)試口（ eJTAG） 7． 具有可測試性電路 20 Advanced Microcontroller Bus Architecture 21 RandomAccess Memory 隨機(jī)存取存儲器 22 Peripheral Component Interconnect 外圍設(shè)備互連 ASIC SoC 一般是基于 IP 核或 SoC 開發(fā)平臺的產(chǎn)品，需要專門技術(shù)、 IP 庫、 SoC 總線架構(gòu)和嵌入式軟件支持（包括 BIOS、 OS） ，需要廣泛的多功能 IP 核和將客戶邏輯與之集成在一起的設(shè)計(jì)藝術(shù)，以滿足客戶產(chǎn)品開發(fā)的需求。 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(jì)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。適用的可重構(gòu)數(shù)據(jù)處理架構(gòu)往往由處理陣列單元（ PAE17）、面向通信網(wǎng)包、層次化的重構(gòu)管理樹（ CM18）和 I/O 模塊等構(gòu)成。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 。芯片功耗主要由跳變功耗、短路功耗和泄漏功耗組成。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。 芯片綜合 /時序分析技術(shù) 由于 SoC 系統(tǒng)復(fù)雜度和規(guī)模愈來愈 大，像多時鐘、多電壓以及超深亞微米等新課題不斷出現(xiàn)，對 SoC 的綜合性研究提出了更高的要求。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)
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