电子工程专业知识,关于SoC芯片设计技术

关于SoC芯片设计技术

什么是SoC

20世纪90年代中期,因使用ASIC实现芯片组受到启发,萌生应该将完整计算机所有不同的功能块一次直接集成于一颗硅片上的想法。这种芯片,初始起名叫System on a Chip(SoC,直译的中文名是系统级芯片。

如何界定SoC,认识并未统一。但可以归纳如下:

①SoC应由可设计重用的IP核组成,IP核是具有复杂系统功能的能够独立出售的VLSI块;

②IP核应采用深亚微米以上工艺技术;

③SoC中可以有多个MPU、DSP、MCU或其复合的IP核。

什么是SOC

随着设计与制造技术的发展,集成电路设计从晶体管的集成,发展到逻辑门的集成,现在又发展到IP的集成,即SoC (System on a Chip设计技术。SoC可以有效地降低电子/信息系统产品的开发成本,缩短开发周期,提高产品的竞争力,是未来工业界将采用的最主要的产品开发方式。虽然SoC一词多年前就已出现,但到底什么是SoC则有各种不同的说法。在经过了多年的争论后,专家们就SoC的定义达成了一致意见。这个定义虽然不是非常严格,但明确地表明了SoC的特征:

实现复杂系统功能的VLSI;

采用超深亚微米工艺技术;

使用一个以上嵌入式CPU/数字信号处理器(DSP;

外部可以对芯片进行编程;

怎样去理解

SoC中包含了微处理器/微控制器、存储器以及其他专用功能逻辑,但并不是包含了微处理器、存储器以及其他专用功能逻辑的芯片就是SoC。 SoC技术被广泛认同的根本原因,并不在于SoC可以集成多少个晶体管,而在于SoC可以用较短时间被设计出来。这是SoC的主要价值所在——缩短产品的上市周期,因此,SoC更合理的定义为:SoC是在一个芯片上由于广泛使用预定制模块IP( I ntellectual P roperty 知识产权而得以快速开发的集成电路。从设计上来说,SoC就是一个通过设计复用达到高生产率的硬件软件协同设计的过程。从方法学的角度来看, SoC是一套极大规模集成电路的设计方法学,包括IP核可复用设计/测试方法及接口规范、系统芯片总线式集成设计方法学、系统芯片验证和测试方法学。SOC 是一种设计理念,就是将各个可以集成在一起的模块集成到一个芯片上,他借鉴了软件的复用概念,也有了继承的概念。也可以说是包含了设计和测试等更多技术的一项新的设计技术。

SOC的一般构成

从大处来分,SOC含有:

1.逻辑核包括CPU、时钟电路、定时器、中断控制器、串并行接口、其它外围设备、I/O端口以及用于各种IP核

之间的粘合逻辑等等;

2.存储器核包括各种易失、非易失以及Cache等存储器;

3.模拟核包括ADC、DAC、PLL以及一些高速电路中所用的模拟电路。

目前,SOC遇到的难题

今天SoC的发展也至少遇到了以下四大难以逾越的挑战:

第一.IP的种类和复杂度越来越大以及通用接口的缺乏均使得IP的集成变得越来越困难;

第二.当今的高集成度SoC设计要求采用更先进的90nm以下工艺技术,而它将使得功率收敛和时序收敛的问题变得更加突出,这将不可避免地导致更长的设计验证时间;

第三.很难在SoC上实现模拟、混合信号和数字电路的集成;

第四.先进SoC开发的NRE成本动辄数千万美元,而且开发周期很长。

SOC芯片技术在手机领域举例

SoC技术的一大关键优势是它可以降低系统板上因信号在多个芯片之间进出带来的延迟而导致的性能局限,它也提高了系统的可靠性和降低了总的系统成本。此外,在PCB板空间特别紧张和将低功耗视为第一设计目标的应用中,如手机,SoC常常是唯一的高性价比解决方案。

基于Z228芯片,杰得提供接口丰富的系统板和开发包。以此为基础,研发人员能够快速地开发出功能各异的产品。例如,智能手机。基于Z228芯片,只需使用较少的器件,研发人员就能较快地开发出功能强大的多媒体智能手机。Z228可以通过UART或68K接口与基带芯片通信。Z228支持主流的嵌入式操作系统,支持高质量的音视频通讯,具有数码相机/视频摄像功能和PDA功能,并具有软件扩展能力。

Z228实现了高效的电源管理,提供多种工作模式,能有效延长智能手机的电池寿命。

其他应用举例

a.可视电话

Z228可用于设计低成本的可视电话和视频会议系统。使用Z228,并配合彩色图像传感器模块和LCD显示模块,产品可传送双向的MPEG-4视频信号。VGA尺寸的画面,再加上低延迟模式和防错技术,可显著改善用户体验。ARM926EJ处理器可运行SIP协议栈,并对视频流的码率进行即时动态调整,以适应不同的信道带宽。

视频监控

Z228是构建视频监控系统的理想选择。其内置的ARM9处理器和硬件视频编解码器有利于研制更加灵活和廉价的分布式终端设备和基于IP的监控网络,符合视频监控向网络化、数字化和智能化方向发展的趋势。Z228的先进的视频压缩算法,能在较低带宽下(小于700kbps下提供良好的画质(大于30dB;在低延迟模式下,端到端延迟(不计传输延迟小于60ms;ARM9处理器的存在使得音视频同步的实现更为方便。

备注:Z228正是一款高集成度的SoC芯片。

什么是VLSI

将晶体管、电阻、电容、二极管等电子组件整合装至一芯片(chip上,由于集成电路的体积极小,使电子运动的距离大幅缩小,因此速度极快且可靠性高,集成电路的种类一般是以内含晶体管等电子组件的数量来分类:

MSI (中型集成电路,晶体管数 100~1,000

LSI (大规模集成电路,晶体管数 1,000~10,0000

VLSI (超大规模集成电路,晶体管数 100,000~

什么是IP核

IP核是具有复杂系统功能的能够独立出售的VISI块。

什么是SoC?

SoC是System on a Chip的缩写,又称系统级芯片或者片上系统。随着设计与制造技术的发展,集成电路设计从晶体管的集成发展到逻辑门的集成,现在又发展到IP 的集成,即SoC设计技术。SoC可以有效地降低电子/信息系统产品的开发成本,缩短开发周期,提高产品的竞争力,是未来工业界将采用的最主要的产品开发方式。SoC 的特征包括:实现复杂系统功能的VLSI;采用超深亚微米工艺技术;使用一个以上嵌入式CPU/数字信号处理器(DSP;外部可以对芯片进行编程。