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SoC的定義多種多樣,由于其內涵豐富、應用范圍廣,很難給出準確定義。一般說來, SoC稱為系統級芯片,也有片上系統的說法,意指它是一個產品,是一個有專用目標的集成電路,其中包含完整系統并有嵌入軟件的全部內容。同時它又是一種技術,用以實現從確定系統功能開始,到軟/硬件劃分,并完成設計的整個過程。
一個SoC的組成包括:一個處理器,主、次存儲器和輸入/輸出端口。其他重要部件包括GPU、WiFi模塊、數字信號處理器(DSP)和各種外設,如USB、以太網、串行外設接口(SPI)、ADC、DAC,甚至FPGA。通常,它有多個核。根據各種決定因素和偏好,核心可以是微控制器、微處理器、DSP,甚至是ASIP(應用程序特定指令集處理器)。ASIP有基于特定應用的指令集。
通常,SoC使用ARM體系結構,它屬于RISC,需要較少的數字設計,從而使其與嵌入式系統兼容。ARM架構比8051這樣的處理器更節能,因為與使用CISC架構的處理器相比,使用RISC架構的處理器需要更少的晶體管。這也降低了散熱和成本。
SoC定義的基本內容主要在兩方面:其一是它的構成,其二是它形成過程。系統級芯片的構成可以是系統級芯片控制邏輯模塊、微處理器/微控制器CPU 內核模塊、數字信號處理器DSP模塊、嵌入的存儲器模塊、和外部進行通訊的接口模塊、含有ADC /DAC 的模擬前端模塊、電源提供和功耗管理模塊,對于一個無線SoC還有射頻前端模塊、用戶定義邏輯(它可以由FPGA 或ASIC實現)以及微電子機械模塊,更重要的是一個SoC 芯片內嵌有基本軟件(RDOS或COS以及其他應用軟件)模塊或可載入的用戶軟件等。系統級芯片形成或產生過程包含以下三個方面:
1) 基于單片集成系統的軟硬件協同設計和驗證;
2) 再利用邏輯面積技術使用和產能占有比例有效提高即開發和研究IP核生成及復用技術,特別是大容量的存儲模塊嵌入的重復應用等;
3) 超深亞微米(VDSM) 、納米集成電路的設計理論和技術。
SOC集成電路
SoC有兩個顯著的特點:一是硬件規模龐大,通常基于IP設計模式;二是軟件比重大,需要進行軟硬件協同設計。城市相比農村的優勢很明顯:配套齊全、交通便利、效率高。
SoC也有類似特點:在單個芯片上集成了更多配套的電路,節省了集成電路的面積,也就節省了成本,相當于城市的能源利用率提高了;片上互聯相當于城市的快速道路,高速、低耗,原來分布在電路板上的各器件之間的信息傳輸,集中到同一個芯片中,相當于本來要坐長途汽車才能到達的地方,現在已經挪到城里來了,坐一趟地鐵或BRT就到了,這樣明顯速度快了很多;城市的第三產業發達,更具有競爭力,而SoC上的軟件則相當于城市的服務業務,不單硬件好,軟件也要好;同樣一套硬件,今天可以用來做某件事,明天又可以用來做另一件事,類似于城市中整個社會的資源配置和調度、利用率方面的提高。
可見SoC在性能、成本、功耗、可靠性,以及生命周期與適用范圍各方面都有明顯的優勢,因此它是集成電路設計發展的必然趨勢。目前在性能和功耗敏感的終端芯片領域,SoC已占據主導地位;而且其應用正在擴展到更廣的領域。單芯片實現完整的電子系統,是IC 產業未來的發展方向。