SOC與單片機應用技術的發(fā)展

1、soc與單片機應用技術的發(fā)展本文研究soc和應用技術的進展；介紹soc的基本技術特點和應用概念；分析作為ip家庭重要成員的單片機在soc應用設計中的特點。通過研究指出以嵌入技術為基礎，單片機再次成為現(xiàn)代應用技術的核心之一，為soc應用技術提供了堅實的基礎?，F(xiàn)場電子技術應用中包含了硬件（hw）、硬件加軟件（hw+sw）、固件（fw）3個層次。這3個層次也可以說是現(xiàn)代電子技術應用的3人進展階段。自1997年以來，電子技術應用又增強了一個新的層次片上系統(tǒng)（soc）層次。soc技術概念和應用技術層次的浮現(xiàn)，標記著現(xiàn)代電子技術應用進入了soc階段。從各個進展階段看，自hw+sw階段開頭，電子技術應用就與

2、單片機緊密地聯(lián)系在一起。在fw階段，作為固件系統(tǒng)的重要核心技術，單片機又以技術為基礎，再次成為現(xiàn)代電子應用技術的核心技術之一，并為soc應用技術提供了緊實的基礎。soc為各種應用提供了一個新的實現(xiàn)技術。這種新的電子系統(tǒng)實現(xiàn)技術促使工業(yè)界在近3年中發(fā)生了巨大的變幻，為信息技術的應用提供堅實的基礎，因此，徹低可以稱之為soc革命。同時，soc也為單片機技術提供了更廣大的應用領域，使單片機應用技術發(fā)生了革命性的變幻。本文按照幾年來對soc技術和單片機應用技術進展的討論，對soc的基本技術概念以及單片機與soc技術的關系舉行了研究，指出了soc中單片機嵌入式應用的技術特點。一、soc技術與應用概念所謂

3、soc技術，是一種高度集成化、固件化的系統(tǒng)集成技術。用法soc技術設計系統(tǒng)的核心思想，就是要把囫圇應用電子系統(tǒng)所有集成在一個芯片中。在用法soc技術設計應用系統(tǒng)，除了那些無法集成的外部或機械部分以外，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的核心技術在傳統(tǒng)的應用電子系統(tǒng)設計中，必要按照設計要求的功能模塊對囫圇系統(tǒng)舉行綜合，即按照設計要求的功能，尋覓相應的，再按照設計要求的技術指標設計所選電路的銜接形式和參數(shù)。這種設計的結(jié)果是一個以功能集成電路為基礎，器件分布式的應用電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。設計結(jié)果能否滿足設計要求不僅取決于電路芯片的技術參數(shù)，而且與囫圇系統(tǒng)版圖的電磁兼容特性有關。同時，

4、 對于必要實現(xiàn)數(shù)字化的系統(tǒng)，往往還必要有單片機等參加，所以，還必需考慮分布式系統(tǒng)對電路固件特性的影響。很顯然，傳統(tǒng)應用電子系統(tǒng)的實現(xiàn)，采納的是分布功能綜合技術。對于soc來說，應用電子系統(tǒng)的設計也是按照功能和參數(shù)要求設計系統(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的分布式系統(tǒng)綜合技術。而是以功能ip為基礎的系統(tǒng)固件和電路綜合技術。首先，功能的實現(xiàn)不再針對功能電路舉行綜合，而是針對系統(tǒng)整體固件實現(xiàn)舉行電路綜合，也就是利用ip技術對系統(tǒng)整體舉行電路結(jié)合。第二，電路設計的終于結(jié)果與ip功能模塊和固件特性有關，而與pcb板上電路分塊的方式和連線技術基本無關。因此，使設計結(jié)果的電磁兼容特

5、性得到極大提高。換句話說，就是所設計的結(jié)果非常臨近抱負設計目標。2.固件集成是soc的基礎設計思想在傳統(tǒng)分布式綜合設計技術中，系統(tǒng)的固件特性往往難以達到最優(yōu)，緣由是所用法的是分布式功能綜合技術。普通狀況下，功能集成電路為了滿足盡可能多的用法面，必需考慮兩個設計目標：一個是能滿足多種應用領域的功能控制要求目標；另一個是要考慮滿足較大范圍應用功能和技術指標。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發(fā)性能。但是，定制式電路設計的應用電子系統(tǒng)不易達到最佳，特殊是固件特性更是具有相當大的簇擁性。對于soc來說，從soc的核心技術可以看出

6、，用法soc技術設計應用電子系統(tǒng)的基本設計思想就是實現(xiàn)全系統(tǒng)的固件集成。用戶只須按照需要挑選并改進各部分模塊和嵌入結(jié)構(gòu)，就能實現(xiàn)充分優(yōu)化的固件特性，而不必花時光認識定制電路的開發(fā)技術。固件基礎的突發(fā)優(yōu)點就是系統(tǒng)能更臨近抱負系統(tǒng)，更簡單實現(xiàn)設計要求。3.嵌入式系統(tǒng)是soc的基本結(jié)構(gòu)在用法soc技術設計的應用電子系統(tǒng)中，可以非常便利地實現(xiàn)嵌入式結(jié)構(gòu)。各種嵌入結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)非常容易，只要按照系統(tǒng)需要挑選相應的內(nèi)核，再按照設計要求挑選之相協(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時，可以更充分地實現(xiàn)囫圇系統(tǒng)的固件特性，使系統(tǒng)越發(fā)臨近抱負設計要求。必需指出，soc的這種嵌入式結(jié)

7、構(gòu)可以大大地縮短應用系統(tǒng)設計開發(fā)周期。4.ip是soc的設計基礎傳統(tǒng)應用電子設計工程師面向的是各種定制式集成電路，而用法soc技術的電子系統(tǒng)設計工程師所面向的是一個巨大的ip庫，全部設計工作都是以ip模塊為基礎。soc技術使應用電子系統(tǒng)設計工程師變成了一個面對應用的電子器件設計工程師。由此可見，soc是以ip模塊為基礎的設計技術，ip是soc應用的基礎。5.soc技術中的不同階段用soc技術設計應用電子系統(tǒng)的幾個階段1所示。在功能設計階段，設計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計。當功能設計完成后，就可以進入ip綜合階段。ip綜合階段的任務利用強大的ip庫實現(xiàn)系統(tǒng)的功能

8、i。p結(jié)合結(jié)束后，首先舉行功能，以檢查是否實現(xiàn)了系統(tǒng)的設計功能要求。功能仿真通過后，就是電路仿真，目的是檢查ip模塊組成的電路能否實現(xiàn)設計功能并達到相應的設計技術指標。設計的最后階段是對創(chuàng)造好的soc產(chǎn)品舉行相應的測試，以便調(diào)節(jié)各種技術參數(shù)，確定應用參數(shù)。二、soc的應用概念現(xiàn)代科學技術應用的重要特點之一，就是技術多樣性、智能多變性和面對對象的系統(tǒng)設計性。所謂技術多樣性，就是實現(xiàn)同一個應用電子系統(tǒng)可以有許多不同的設計計劃供挑選；而不同的設計計劃就意味著必需用法不同的設計和生產(chǎn)技術。所謂學問多變性，是指在現(xiàn)代電子技術應用系統(tǒng)中，實現(xiàn)系統(tǒng)目標的基礎理論和辦法隨著新學問的浮現(xiàn)不斷地在變幻。這種變幻不

9、僅使應用電子系統(tǒng)技術指標發(fā)生變幻，甚至轉(zhuǎn)變了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。隨著現(xiàn)代信息和電子技術應用領域的不斷拓寬，越來越多的應用領域提出了各種特別要求。例如，航空航天領域要求的小體積大系統(tǒng)，信息應用領域提出的共性化等要求，都使得普通固件技術難以勝任。特殊是在民用領域，重視共性化的產(chǎn)品設計概念使應用電子產(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題。soc正是成為滿足現(xiàn)代科學和工程技術進展的要求而產(chǎn)生的現(xiàn)代應用電子技術。傳統(tǒng)的觀念認為，惟獨大批量的產(chǎn)品才有集成的可能，才具有價格競爭優(yōu)勢。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)的應用電子系統(tǒng)，普通都采納hw，hw+sw或fw技術實現(xiàn)。但隨著soc的浮現(xiàn)、進展和成熟，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快捷經(jīng)濟的系統(tǒng)設計辦法，使那么傳統(tǒng)觀念上認為高性能、高復雜度、高成本的嵌入式結(jié)構(gòu)，能夠通過低成本的單片芯片實現(xiàn)。1.soc的設計觀念soc的設計觀念與傳統(tǒng)設計觀念徹低不同。在soc設計中，設計者面向的不再是電路芯片；而是能實現(xiàn)設計功能的ip模塊庫。設計者不須要在眾多的模塊電路中搜尋所必要的電路芯片，只需要按照設計功能和固件特性，挑選相應的ip模塊。這種電路的設計技術和綜合辦法，基本上消退了器件信息障礙，由于每一個應用設計都是一個專用的

11、集成系統(tǒng)，都是一個專用的集成電路。換句話說，soc的設計觀念是“設計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.高效方便的設計工具因為ip是soc的基礎，所以，必需采納相應的軟件才干完成設計技術。假如沒有高效方便的設計工具，soc設計就是一句空話。事實上，傳統(tǒng)應用電子系統(tǒng)設計工作對eda和其他相應的設計軟件并沒很高的要求，只要求能提供相應的方便條件；而soc設計則必需建立在eda基礎之上。例如，用法soc技術設計一個智能溫度控制系統(tǒng)，因為囫圇系統(tǒng)集成在一個芯片中，用戶就必需能對其中的cpu核、存儲器、a/d、模擬等電路舉行綜合仿真，明顯，必需要有一個高效方便的ed

12、a工具才干完成這些工作。三、soc技術中的單片機單片機現(xiàn)代電子技術應用中的主流技術，特殊是在工業(yè)和民用的自立電子系統(tǒng)中，單片機起著系統(tǒng)核心的作用。因為單片機系統(tǒng)特有的固件特性，使單片機在soc技術中占有重要的地位。1.soc中的單片機嵌入技術隨著電子技術的進展，特殊是應用技術的飛快進展，單片機應用系統(tǒng)已經(jīng)形成了常用的、獨特的嵌入式結(jié)構(gòu)。如不同系列的單片機，都是通過嵌入不同的cpu和其他輔助電路而形成的。目前，單片機已經(jīng)成為cpu和其他輔助電路而形成的。目前，單片機已經(jīng)成為ip庫中的重要成員，而其嵌入式結(jié)構(gòu)正是soc的一種重要實現(xiàn)技術和辦法。用soc設計單片機系統(tǒng)嵌入式結(jié)構(gòu)，為設計者提供了現(xiàn)有技

13、術所無法比擬的優(yōu)越條件。設計者必在挑選單片機的型號上下功夫；只必要按照所設計系統(tǒng)的固件特性和功能要求，挑選相應的單片機cpu內(nèi)核，再按照需要挑選其他的ip模塊，就可以實現(xiàn)完整的系統(tǒng)。從某種意義上看，soc為單片機應用提供了更廣大的應用技術，并給予了單片機更強大的生命力。試想，假如囫圇soc目標系統(tǒng)的核心是一個單片機cpu，那么，這個系統(tǒng)設計勝利之后就不僅是真正意義上的單片機，而且還實現(xiàn)了真正的系統(tǒng)單片機。這正是單片機強大生命力的根源。2.soc中單片機系統(tǒng)優(yōu)化目前在單片機應用中，有相當一部分事實上并不能叫做單片機。由于許多應用中需要形成單片機的外部系統(tǒng)。因此，單片機資源的充分利用和避開形成外部

14、總線，往往是單片機應用設計的主要追求目標。換句話說，優(yōu)化問題是單片機應用中的一個重要問題。例如，設計一個具有多個的測試系統(tǒng)，往往必要按照單片機的特點設計相應的外部總線，應用系統(tǒng)由此而浩大。采納soc技術后，系統(tǒng)不再需要外部總線，所選用單片機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。這兩種設計辦法的方框圖2所示。從圖2中可以看出，設計人員不必為如何最大限度地利用單片機資源而發(fā)愁，可以按照自己的需要挑選所需的電路，并與所認識單片機的cpu內(nèi)核相結(jié)合。同時還把現(xiàn)有技術需要精密調(diào)節(jié)的前置電路（模擬信號處理部分）也所有安放在一塊芯片中，從而避開了大量的pcb板調(diào)試工作。從“單片機必需實現(xiàn)系統(tǒng)單片化”的角度看，這種系統(tǒng)正是用戶自己設計的專用單片機系統(tǒng)，而且是一個能實現(xiàn)所有系統(tǒng)功能的優(yōu)化系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的調(diào)試、測試辦法與傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)徹低不同，已經(jīng)成為一個能處理模塊-數(shù)字混合信號的全新系統(tǒng)。因此，soc技術使單片機應用系統(tǒng)實現(xiàn)了更高層次上的集成。概括地說，soc使單片機應用技術發(fā)生了革命性的變幻，這個變幻就是應用電子系統(tǒng)的設計技術，從挑選廠家提供的定制產(chǎn)品時代進入了用戶自行開發(fā)設計器件的時代。這標記著單片機應用的歷史性變幻，一個全新的單片機應用時代已經(jīng)到來。結(jié)束語soc成為新一代應