SOC與單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展

1、soc與單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展本文研究soc和應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)展；介紹soc的基本技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用概念；分析作為ip家庭重要成員的單片機(jī)在soc應(yīng)用設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)。通過(guò)研究指出以嵌入技術(shù)為基礎(chǔ)，單片機(jī)再次成為現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)的核心之一，為soc應(yīng)用技術(shù)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場(chǎng)電子技術(shù)應(yīng)用中包含了硬件（hw）、硬件加軟件（hw+sw）、固件（fw）3個(gè)層次。這3個(gè)層次也可以說(shuō)是現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用的3人進(jìn)展階段。自1997年以來(lái)，電子技術(shù)應(yīng)用又增強(qiáng)了一個(gè)新的層次片上系統(tǒng)（soc）層次。soc技術(shù)概念和應(yīng)用技術(shù)層次的浮現(xiàn)，標(biāo)記著現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用進(jìn)入了soc階段。從各個(gè)進(jìn)展階段看，自hw+sw階段開(kāi)頭，電子技術(shù)應(yīng)用就與

2、單片機(jī)緊密地聯(lián)系在一起。在fw階段，作為固件系統(tǒng)的重要核心技術(shù)，單片機(jī)又以技術(shù)為基礎(chǔ)，再次成為現(xiàn)代電子應(yīng)用技術(shù)的核心技術(shù)之一，并為soc應(yīng)用技術(shù)提供了緊實(shí)的基礎(chǔ)。soc為各種應(yīng)用提供了一個(gè)新的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。這種新的電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)促使工業(yè)界在近3年中發(fā)生了巨大的變幻，為信息技術(shù)的應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此，徹低可以稱之為soc革命。同時(shí)，soc也為單片機(jī)技術(shù)提供了更廣大的應(yīng)用領(lǐng)域，使單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)生了革命性的變幻。本文按照幾年來(lái)對(duì)soc技術(shù)和單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展的討論，對(duì)soc的基本技術(shù)概念以及單片機(jī)與soc技術(shù)的關(guān)系舉行了研究，指出了soc中單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的技術(shù)特點(diǎn)。一、soc技術(shù)與應(yīng)用概念所謂

3、soc技術(shù)，是一種高度集成化、固件化的系統(tǒng)集成技術(shù)。用法soc技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心思想，就是要把囫圇應(yīng)用電子系統(tǒng)所有集成在一個(gè)芯片中。在用法soc技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)，除了那些無(wú)法集成的外部或機(jī)械部分以外，其他全部的系統(tǒng)電路所有集成在一起。1.系統(tǒng)功能集成是soc的核心技術(shù)在傳統(tǒng)的應(yīng)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必要按照設(shè)計(jì)要求的功能模塊對(duì)囫圇系統(tǒng)舉行綜合，即按照設(shè)計(jì)要求的功能，尋覓相應(yīng)的，再按照設(shè)計(jì)要求的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)所選電路的銜接形式和參數(shù)。這種設(shè)計(jì)的結(jié)果是一個(gè)以功能集成電路為基礎(chǔ)，器件分布式的應(yīng)用電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)結(jié)果能否滿足設(shè)計(jì)要求不僅取決于電路芯片的技術(shù)參數(shù)，而且與囫圇系統(tǒng)版圖的電磁兼容特性有關(guān)。同時(shí)，

4、 對(duì)于必要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的系統(tǒng)，往往還必要有單片機(jī)等參加，所以，還必需考慮分布式系統(tǒng)對(duì)電路固件特性的影響。很顯然，傳統(tǒng)應(yīng)用電子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，采納的是分布功能綜合技術(shù)。對(duì)于soc來(lái)說(shuō)，應(yīng)用電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是按照功能和參數(shù)要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)，但與傳統(tǒng)辦法有著本質(zhì)的差別。soc不是以功能電路為基礎(chǔ)的分布式系統(tǒng)綜合技術(shù)。而是以功能ip為基礎(chǔ)的系統(tǒng)固件和電路綜合技術(shù)。首先，功能的實(shí)現(xiàn)不再針對(duì)功能電路舉行綜合，而是針對(duì)系統(tǒng)整體固件實(shí)現(xiàn)舉行電路綜合，也就是利用ip技術(shù)對(duì)系統(tǒng)整體舉行電路結(jié)合。第二，電路設(shè)計(jì)的終于結(jié)果與ip功能模塊和固件特性有關(guān)，而與pcb板上電路分塊的方式和連線技術(shù)基本無(wú)關(guān)。因此，使設(shè)計(jì)結(jié)果的電磁兼容特

5、性得到極大提高。換句話說(shuō)，就是所設(shè)計(jì)的結(jié)果非常臨近抱負(fù)設(shè)計(jì)目標(biāo)。2.固件集成是soc的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)思想在傳統(tǒng)分布式綜合設(shè)計(jì)技術(shù)中，系統(tǒng)的固件特性往往難以達(dá)到最優(yōu)，緣由是所用法的是分布式功能綜合技術(shù)。普通狀況下，功能集成電路為了滿足盡可能多的用法面，必需考慮兩個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)：一個(gè)是能滿足多種應(yīng)用領(lǐng)域的功能控制要求目標(biāo)；另一個(gè)是要考慮滿足較大范圍應(yīng)用功能和技術(shù)指標(biāo)。因此，功能集成電路（也就是定制式集成電路）必需在i/o和控制方面附加若干電路，以使普通用戶能得到盡可能多的開(kāi)發(fā)性能。但是，定制式電路設(shè)計(jì)的應(yīng)用電子系統(tǒng)不易達(dá)到最佳，特殊是固件特性更是具有相當(dāng)大的簇?fù)硇?。?duì)于soc來(lái)說(shuō)，從soc的核心技術(shù)可以看出

6、，用法soc技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用電子系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想就是實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的固件集成。用戶只須按照需要挑選并改進(jìn)各部分模塊和嵌入結(jié)構(gòu)，就能實(shí)現(xiàn)充分優(yōu)化的固件特性，而不必花時(shí)光認(rèn)識(shí)定制電路的開(kāi)發(fā)技術(shù)。固件基礎(chǔ)的突發(fā)優(yōu)點(diǎn)就是系統(tǒng)能更臨近抱負(fù)系統(tǒng)，更簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。3.嵌入式系統(tǒng)是soc的基本結(jié)構(gòu)在用法soc技術(shù)設(shè)計(jì)的應(yīng)用電子系統(tǒng)中，可以非常便利地實(shí)現(xiàn)嵌入式結(jié)構(gòu)。各種嵌入結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)非常容易，只要按照系統(tǒng)需要挑選相應(yīng)的內(nèi)核，再按照設(shè)計(jì)要求挑選之相協(xié)作的ip模塊，就可以完成囫圇系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。尤其是采納智能化電路綜合技術(shù)時(shí)，可以更充分地實(shí)現(xiàn)囫圇系統(tǒng)的固件特性，使系統(tǒng)越發(fā)臨近抱負(fù)設(shè)計(jì)要求。必需指出，soc的這種嵌入式結(jié)

7、構(gòu)可以大大地縮短應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期。4.ip是soc的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)傳統(tǒng)應(yīng)用電子設(shè)計(jì)工程師面向的是各種定制式集成電路，而用法soc技術(shù)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師所面向的是一個(gè)巨大的ip庫(kù)，全部設(shè)計(jì)工作都是以ip模塊為基礎(chǔ)。soc技術(shù)使應(yīng)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師變成了一個(gè)面對(duì)應(yīng)用的電子器件設(shè)計(jì)工程師。由此可見(jiàn)，soc是以ip模塊為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)技術(shù)，ip是soc應(yīng)用的基礎(chǔ)。5.soc技術(shù)中的不同階段用soc技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用電子系統(tǒng)的幾個(gè)階段1所示。在功能設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者必需充分考慮系統(tǒng)的固件特性，并利用固件特性舉行綜合功能設(shè)計(jì)。當(dāng)功能設(shè)計(jì)完成后，就可以進(jìn)入ip綜合階段。ip綜合階段的任務(wù)利用強(qiáng)大的ip庫(kù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能

8、i。p結(jié)合結(jié)束后，首先舉行功能，以檢查是否實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能要求。功能仿真通過(guò)后，就是電路仿真，目的是檢查ip模塊組成的電路能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能并達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。設(shè)計(jì)的最后階段是對(duì)創(chuàng)造好的soc產(chǎn)品舉行相應(yīng)的測(cè)試，以便調(diào)節(jié)各種技術(shù)參數(shù)，確定應(yīng)用參數(shù)。二、soc的應(yīng)用概念現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的重要特點(diǎn)之一，就是技術(shù)多樣性、智能多變性和面對(duì)對(duì)象的系統(tǒng)設(shè)計(jì)性。所謂技術(shù)多樣性，就是實(shí)現(xiàn)同一個(gè)應(yīng)用電子系統(tǒng)可以有許多不同的設(shè)計(jì)計(jì)劃供挑選；而不同的設(shè)計(jì)計(jì)劃就意味著必需用法不同的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)。所謂學(xué)問(wèn)多變性，是指在現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的基礎(chǔ)理論和辦法隨著新學(xué)問(wèn)的浮現(xiàn)不斷地在變幻。這種變幻不

9、僅使應(yīng)用電子系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)發(fā)生變幻，甚至轉(zhuǎn)變了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。隨著現(xiàn)代信息和電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，越來(lái)越多的應(yīng)用領(lǐng)域提出了各種特別要求。例如，航空航天領(lǐng)域要求的小體積大系統(tǒng)，信息應(yīng)用領(lǐng)域提出的共性化等要求，都使得普通固件技術(shù)難以勝任。特殊是在民用領(lǐng)域，重視共性化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念使應(yīng)用電子產(chǎn)品的更新速度極快，而且小批量多品種的要求也越來(lái)越高。這就是提出了小批量產(chǎn)品與成本、集成化與成本、產(chǎn)品研制周期與成本等一系列的問(wèn)題。soc正是成為滿足現(xiàn)代科學(xué)和工程技術(shù)進(jìn)展的要求而產(chǎn)生的現(xiàn)代應(yīng)用電子技術(shù)。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為，惟獨(dú)大批量的產(chǎn)品才有集成的可能，才具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此，到目前為止，大多數(shù)小批量產(chǎn)品，特

10、殊是討論性質(zhì)的應(yīng)用電子系統(tǒng)，普通都采納hw，hw+sw或fw技術(shù)實(shí)現(xiàn)。但隨著soc的浮現(xiàn)、進(jìn)展和成熟，這種現(xiàn)狀已經(jīng)發(fā)生極大的變幻。soc為現(xiàn)代電子工程師提供了一個(gè)快捷經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)辦法，使那么傳統(tǒng)觀念上認(rèn)為高性能、高復(fù)雜度、高成本的嵌入式結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)低成本的單片芯片實(shí)現(xiàn)。1.soc的設(shè)計(jì)觀念soc的設(shè)計(jì)觀念與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念徹低不同。在soc設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者面向的不再是電路芯片；而是能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的ip模塊庫(kù)。設(shè)計(jì)者不須要在眾多的模塊電路中搜尋所必要的電路芯片，只需要按照設(shè)計(jì)功能和固件特性，挑選相應(yīng)的ip模塊。這種電路的設(shè)計(jì)技術(shù)和綜合辦法，基本上消退了器件信息障礙，由于每一個(gè)應(yīng)用設(shè)計(jì)都是一個(gè)專用的

11、集成系統(tǒng)，都是一個(gè)專用的集成電路。換句話說(shuō)，soc的設(shè)計(jì)觀念是“設(shè)計(jì)自己的專用集成電路”。從某種意義上講，就是把用戶變成了集成電路創(chuàng)造商。2.高效方便的設(shè)計(jì)工具因?yàn)閕p是soc的基礎(chǔ)，所以，必需采納相應(yīng)的軟件才干完成設(shè)計(jì)技術(shù)。假如沒(méi)有高效方便的設(shè)計(jì)工具，soc設(shè)計(jì)就是一句空話。事實(shí)上，傳統(tǒng)應(yīng)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作對(duì)eda和其他相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件并沒(méi)很高的要求，只要求能提供相應(yīng)的方便條件；而soc設(shè)計(jì)則必需建立在eda基礎(chǔ)之上。例如，用法soc技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)智能溫度控制系統(tǒng)，因?yàn)猷駠飨到y(tǒng)集成在一個(gè)芯片中，用戶就必需能對(duì)其中的cpu核、存儲(chǔ)器、a/d、模擬等電路舉行綜合仿真，明顯，必需要有一個(gè)高效方便的ed

12、a工具才干完成這些工作。三、soc技術(shù)中的單片機(jī)單片機(jī)現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用中的主流技術(shù)，特殊是在工業(yè)和民用的自立電子系統(tǒng)中，單片機(jī)起著系統(tǒng)核心的作用。因?yàn)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)特有的固件特性，使單片機(jī)在soc技術(shù)中占有重要的地位。1.soc中的單片機(jī)嵌入技術(shù)隨著電子技術(shù)的進(jìn)展，特殊是應(yīng)用技術(shù)的飛快進(jìn)展，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)形成了常用的、獨(dú)特的嵌入式結(jié)構(gòu)。如不同系列的單片機(jī)，都是通過(guò)嵌入不同的cpu和其他輔助電路而形成的。目前，單片機(jī)已經(jīng)成為cpu和其他輔助電路而形成的。目前，單片機(jī)已經(jīng)成為ip庫(kù)中的重要成員，而其嵌入式結(jié)構(gòu)正是soc的一種重要實(shí)現(xiàn)技術(shù)和辦法。用soc設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)嵌入式結(jié)構(gòu)，為設(shè)計(jì)者提供了現(xiàn)有技

13、術(shù)所無(wú)法比擬的優(yōu)越條件。設(shè)計(jì)者必在挑選單片機(jī)的型號(hào)上下功夫；只必要按照所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的固件特性和功能要求，挑選相應(yīng)的單片機(jī)cpu內(nèi)核，再按照需要挑選其他的ip模塊，就可以實(shí)現(xiàn)完整的系統(tǒng)。從某種意義上看，soc為單片機(jī)應(yīng)用提供了更廣大的應(yīng)用技術(shù)，并給予了單片機(jī)更強(qiáng)大的生命力。試想，假如囫圇soc目標(biāo)系統(tǒng)的核心是一個(gè)單片機(jī)cpu，那么，這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)勝利之后就不僅是真正意義上的單片機(jī)，而且還實(shí)現(xiàn)了真正的系統(tǒng)單片機(jī)。這正是單片機(jī)強(qiáng)大生命力的根源。2.soc中單片機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化目前在單片機(jī)應(yīng)用中，有相當(dāng)一部分事實(shí)上并不能叫做單片機(jī)。由于許多應(yīng)用中需要形成單片機(jī)的外部系統(tǒng)。因此，單片機(jī)資源的充分利用和避開(kāi)形成外部

14、總線，往往是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)的主要追求目標(biāo)。換句話說(shuō)，優(yōu)化問(wèn)題是單片機(jī)應(yīng)用中的一個(gè)重要問(wèn)題。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)具有多個(gè)的測(cè)試系統(tǒng)，往往必要按照單片機(jī)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的外部總線，應(yīng)用系統(tǒng)由此而浩大。采納soc技術(shù)后，系統(tǒng)不再需要外部總線，所選用單片機(jī)中不需要的資源也可以去除掉，只保留所需要的cpu等功能模塊。這兩種設(shè)計(jì)辦法的方框圖2所示。從圖2中可以看出，設(shè)計(jì)人員不必為如何最大限度地利用單片機(jī)資源而發(fā)愁，可以按照自己的需要挑選所需的電路，并與所認(rèn)識(shí)單片機(jī)的cpu內(nèi)核相結(jié)合。同時(shí)還把現(xiàn)有技術(shù)需要精密調(diào)節(jié)的前置電路（模擬信號(hào)處理部分）也所有安放在一塊芯片中，從而避開(kāi)了大量的pcb板調(diào)試工作。從“單片機(jī)必需實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)單片化”的角度看，這種系統(tǒng)正是用戶自己設(shè)計(jì)的專用單片機(jī)系統(tǒng)，而且是一個(gè)能實(shí)現(xiàn)所有系統(tǒng)功能的優(yōu)化系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的調(diào)試、測(cè)試辦法與傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)徹低不同，已經(jīng)成為一個(gè)能處理模塊-數(shù)字混合信號(hào)的全新系統(tǒng)。因此，soc技術(shù)使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了更高層次上的集成。概括地說(shuō)，soc使單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)生了革命性的變幻，這個(gè)變幻就是應(yīng)用電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，從挑選廠家提供的定制產(chǎn)品時(shí)代進(jìn)入了用戶自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)器件的時(shí)代。這標(biāo)記著單片機(jī)應(yīng)用的歷史性變幻，一個(gè)全新的單片機(jī)應(yīng)用時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。結(jié)束語(yǔ)soc成為新一代應(yīng)