SOC与单片机应用技术分析

如何避免外部总线形成。例如，对传感测试系统进行设计时， 常规方案是以单片机特点为依据，对外部总线加以确定，系 统过于庞大的问题难以避免 [3]。而引入 SOC，系统对外部 总线的依赖减弱，技术人员可去除单片机内无用资源，仅对 功能模块进行保留，如图 2 所示。
集成系统，用户所扮演角色更像是制造集成电路的厂商。
0 引言
研究表明，在电子技术刚进入软件 + 硬件的阶段时， 单片机就已经成为其不可缺少的一部分，而进入固件阶段 后，对固件系统有重要意义的单片机，又基于嵌入技术使自 身焕发出了更强大生命力，SOC 技术应此而具备了持续发 展的条件。由此可见，对二者进行研究很有必要，有关人员 应对此引起重视。
进行选择，再结合设计要求对 IP 模块进行选择，便可获得 相应硬件结构。其中，最具代表性的为智能电路技术，将 SOC 与该技术相结合，可使系统固件特性得到充分实现， 其性能自然更符合预期。事实证明，对 SOC 加以应用，对 设计周期的缩短有显著效果。 ■■1.3 设计思想
2 基于 SOC 的单片机设计
前提不是综合功能电路，而是综合整体固件电路，这项工作
作为当代社会主流电子技术，单片机对独立电子系统有
往往需要借助 IP 技术开展；另一方面，固件特性、功能模 重要意义，而固件特性的存在，使单片机成为 SOC 技术应
块都会影响电路设计成果，但 PCB 板电路分块情况所能带 用无法忽视的部分。
科技论坛
SOC 与单片机应用技术分析
邢洁林 （江苏省陶都中等专业学校，江苏宜兴，214221）
摘要：近几年，SOC开始被频繁用于工业界，在加快工业界转型的基础上，为信息技术提供了良好的“入驻”条件，另外，SOC还在无形 中拓宽了单片机的应用领域。文章便以此为背景，以现有研究为依托，在对SOC技术应用加以介绍的基础上，围绕SOC和单片机的内在联 系展开了探究，并得出“SOC使单片机呈现出嵌入应用特点”的结论，希望能够使相关人员受到帮助或启发，为行业发展助力。 关键词：单片机；SOC技术；应用电子系统
＊ [7]Rodriguez-Sotelo J, Osorio-Forero A, Jimenez-Rodriguez A, et al. Automatic sleep stages classification using EEG entropy features and unsupervised pattern analysis techniques[J].Entr opy, 2014, 16(12) : 6573-6589 .
SOC 所遵循设计思想的核心为集成全系统固件，用户 可以根据自身需求，对嵌入结构以及模块进行增删或调整， 既能够使固件特性得到优化，又省去了了解开发定制电路所 需技术和应用方法的时间，在保证系统功能达到预期的基础 上，降低设计难度。 ■■1.4 设计基础
在很长一段时间内，技术人员进行应用电子设计相关 工作的主要内容均为集成电路，SOC 向技术人员呈现的是 IP 库，每个设计环节所依托基础均为 IP 模块，这也使得技 术人员所扮演角色，由早期的系统设计师转变成为器件设 计师。由于 SOC 是基于 IP 模块所衍生出的技术，因此，对 SOC 加以应用的基础自然是 IP。
＊ [6]Liang S F ,Kuo C E , Hu Y H , et al. Automatic Stage Scoring of Single-Channel Sleep EEG by Using Multiscale Entropy and Autoregressive Models[J]. IEEE Transactions on Instrumentati on & Measurement, 2012, 61(6) : 1649-1657.
其功能需求，对 CPU 内核加以确定，再对配合 IP 模块进行
选择，就能够得到相应的系统。由此可见，从某个层面来说，
SOC 使单片机拥有了更多可供选择的技术，其生命力也因
此而变得更加强大。 综上，SOC 推动了单片机技术革命的进程，基于电子
①单片机设计系统
系统对产品进行开发与设计的时代已经来临。
■■2.2 系统优化技术
信息时代的显著特征便是对电子技术加以运用的领域
持续拓宽，不同领域所提出要求往往有一定差异存在。以航
空航天为例，该领域希望电子系统体积可得到压缩，而信息
领域的要求主要集中在个性化和多样化方面，原有固件技术
所能发挥作用十分有限。近几年，民用领域逐渐将目光聚焦 于个性化设计，不仅电子产品推陈出新的速度不断加快，各 类产品需要达到的要求也变得增加严格，这便是 SOC 被提
内容，通常为电路与设计指标的契合度，这里所提到电路的 相较于并未对 EDA 等软件提出严格要求的原有设计技术，
基本单位为 IP 模块，需要尤为注意；产品测试是设计的最 SOC 对 EDA 的依赖性更强，以智能温控系统为例，SOC 需
终环节，由专业人员以测试结果为依据，对技术参数加以调 要将借助某个芯片对系统进行集成，实现该目标的前提是对
片价格较嵌入结构更低，产品成本自然会大幅降低。 96 | 电子制作 2021 年 06 月
统，基于该系统所开展测试和调试工作，自然不再适用于传 （下转第 94 页）
科技论坛
Scoring System for Sleep Stages of Human Subjects[J]. Archiv es of General Psychiatry, 1969, 20(2) : 246.
＊ [8]Liang S F ,Kuo C E , Hu Y H , et al. A rule-based automatic sle ep staging method[J]. Conference proceedings:. Annual Inter national Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Soc iety. Conference, 2011, 2011:6067-6070.
整，保证最终得出应用参数有目共睹。
另外，从理论上说，有外部系统总线存在的单片机应用，
通常不属于单片机。由此可见，在展开设计工作时，有关人
图 1 设计过程
员应考虑两方面内容，分别是①如何使资源得到充分利用②
SOC 所提倡设计观念不同与原有观念，技术人员的设计 对象，由电路芯片转变为 IP 模块库，这也使得其无需在海量 模块电路中查找并确定系统所需芯片，而是以固件特性及系 统功能为依据对 IP 模块进行选择即可。事实证明，上述方法 使器件信息障碍被彻底消除，这是因为每个设计的本质都是
来影响可以忽略不计，这便是设计结果具有更为理想的电磁 ■■2.1 嵌入技术
兼容性的原因。
基于 SOC 对电子系统进行设计的流程如图 1 所示，接
■■1.2 基本结构
下来，笔者将对每一环节进行详细介绍：功能设计环节，技
基于 SOC 所设计电子系统，为嵌入结构的实现提供了 术人员应对系统所表现出固件特性加以考虑，真正做到以固
在应用技术持续发展的当下，单片机已经具备独特且较
为完善的常用嵌入结构，各系列单片机形成方式均为嵌入辅
助电路及 CPU。对 SOC 而言，单片机所提出嵌入结构，对
自身功能的发挥有无法被替代的作用。基于 SOC 对嵌入结
构进行设计，其优势有目共睹，简单说，就是技术人员无需
花费大量时间对单片机型号进行选择，只需结合系统特性及
件加以应用。SOC 的出现将原有格局打破，从技术人员的 在了固定芯片内，这样设计所带来积极影响，主要是调试
视角来看，SOC 可被用来对系统进行经济且便捷的设计， PCB 板的工作量大幅减少。在“系统单片化是单片机基本
真正做到经由单片芯片，对嵌入结构加以实现，由于垫片芯 属性”这一视域下，该系统更像是具有完善功能的单片机系
＊ [11]Kemp B. The Sleep-EDF Database[J].2009. http://www.phy /physiobank/database/sleep-edf/.
② SOC 单片机设计系统 图 2 不同设计方法示意图
出的背景。在很长一段时间内，受传统观念束缚，技术人员
通过图 2 所传递信息可知，如何使资源得到充分利用
均认为集成的前提是对产品进行大批量生产，以电子系统为 的问题迎刃而解，技术人员可以视情况对电路加以选择并应
代表的小批量产品，往往更倾向于对固件 / 软件 + 硬件 / 硬 用。另外，SOC 还将有精密调整需求的前置电路集中安放
便利，在实际操作时，技术人员只需先参考系统需求对内核 件特征为依托，对综合功能进行合理设计；IP 综合环节所
| 95
科技论坛
开展工作，主要是基于 IP 库使系统功能得到实现；功能仿
通 过 上 文 的 分 析 可 知，SOC 基 础 为 IP， 这 也 决 定 了
真则被用来对设计要求是否实现进行检查；电路仿真所检查 只有借助 EDA 软件，才能使设计技术优势得到充分发挥，
＊ [10]FlexerA , Gruber G , Dorffner G . A reliable probabilistic sle ep stager based on a single EEG signal[J]. Artificial Intelligence in Medicine, 2005, 33(3) : p.199-207.
由常规理念指导开展电子系统设计工作，通常要以设计 对功能模块所提出要求为依据，综合设计整个系统，简单说， 就是先确定与设计要求相符的电路，再结合技术指标对电路 参数以及连接形式加以确定，而最终所得到系统的特点，主 要是器件分布和功能集成 [1]。要想使设计结果与要求相符， 一方面要考虑电路芯片参数，另一方面要考虑 PCB 电磁兼 容性。此外，要想使系统呈现出更为理想的数字化水平，还 要对单片机加以应用，分布系统给电路固件所带来影响，自 然也在考虑范围内。
分布设计技术难以确保固件特性得到最优呈现，究其根 本在于该技术为综合性技术，这就决定其要想使集成电路具
1 SOC 技术应用分析
SOC 是固件化水平和集成化水平极高的一种技术，基于 SOC 对系统进行设计，通常需要将电子系统集成在某个芯片上， 仅有不具备继承条件的机械部分和外部电路仍保留原有形态。 ■■1.1 核心技术
＊ [9]FraiwanL ,Lweesy K , Khasawneh N , et al. Automated sleep stage identification system based on time–frequency analysis of a single EEG channel and random forest classifier[J]. Comp uter Methods & Programs in Biomedicine, 2012, 108(1) : 10-19.
SOC 对电子系统进行设计所参考依据，同样为参数要 求及功能要求，但二者有极大的差异。SOC 并非基于功能 电路所衍生出的分布式技术，而是基于功能 IP 所衍生出的 技术，该技术更看重电路和系统固件。一方面，实现功能的
有更多使用面，通常要考虑以下内容：其一，确保各应用领 域对功能控制所提出要求得到满足；其二，酌情扩大关于技 术指标以及应用功能的考虑范围 [2]。由此可见，集成电路只 有对大量电路进行附加，才能表现出理想的开发性，固件特 性分散的情况难以避免。
＊ [5]Berry R B ,Budhiraja R , Gottlieb D J , et al. Rules for Scoring Respiratory Events in Sleep: Update of the 2007 AASM Manual for the Scoring of Sleep and Associated Events[J]. Journal of Clinical Sleep Medicine, 2012, 8(5) : 597-619.