x86构架的SoC是未来IC的发展方向

1、x86 构架的 SoC 是未来 IC 的发展方向新世纪电子工程师们面临的一个重要课题就是如何面对国民经济和社会生活的信息化挑战。以网络通信、软件和微电子为主要标志的信息产业的飞速发展，既为我们提供了一个前所未有的发展机遇，也营造了一个难得的市场与产业环境。随着电子工业中深亚微米、超深亚微米技术的突破，以往电子工程师们擅长的电路设备正在一步步被IC设计所取代。也正是由于这种小型化的趋势，使得SoC（System on Chip）成为超大规模集成电路（ VLSI ）的发展趋势和新世界集成电路的主流。1 x86 构架的SoC对于计算机的核心CPU来说，从应用的角度可将其分为主要的三类：x86 CPU

2、、嵌入式CPU 和其它高性能 CPU。x86 CPU 是指 PC 用的 CPU，即 x86 体系结构的 CPU，主要是 Intel 公司的 CPU，也包括 AMD 和威盛（ Cyrix ）等公司与其兼容的 CPU；嵌入式 CPU 是指应用了各种小型、专用信息设备里的 CPU，主要是以低价格、低功耗为特征，著名的有ARM 、MIPS 等公司的 CPU；其它高性能CPU 是指用于于服务器和超级计算机中的高性能64 位CPU，例如Alpha 、UltraSparc、 PowerPC 等等。人们常说的“通用CPU”，一般是指x86 CPU。上述所谓“通用”或“专用”的分类都是不大严格的，例如ARM公司

3、的CPU 是“嵌入式 CPU”，但它也非常通用； x86 CPU 是“通用 CPU”，但它也可以用在嵌入式设备上，而且现在x86 CPU 的性能很高，在服务器上也有广泛的应用。所以，这些分类都是相对的，只是在一定程序上反映这些CPU 的特性。2 STPC意法半导体公司（ STMicroelectronics，简称 ST）是最早充分认识到SoC 技术对消费电子业意义的芯片制造厂商之一。 正是由于 ST 具有敏锐的洞察力， 当然不会放过兼容Intel x86CPU 的 SoC 市场。 1995 年，当 ST 的新风险组织（ NVG ）意识到越来越多的嵌入式应用需要构建PC结构的平台，而ST也有能力

4、和技术在单一芯片为用户提供这样的一个平台时， STPC 就诞生了。今天，STPC 已经能够提供从486 到PII级的、整合了芯片集的x86构架的 SoC。STPC 高度综合的 x86 PC 兼容 SoC 设备家族中的 3 个新设备是建立在 0.25m 技术上的。该技术 允许 它们提 供高度综 合、低 能源消耗 和低成 本 。 它们 是： STPC-Client 、STPC-Customer II 和 STPC Industrial。其共有的功能如下：*64 位、 133MHz x86 兼容的 CPU；*8KB L1 高速缓存；* 转移率为 720MB/s 的 64 位 SDRAM 内存控制器；

5、*PC 兼容的 DMA 、中断、定时控制器；*ISA 和 PCI 总线控制器；* 总线控制 EIDE 控制器；*JTAG 测试端口。每种 STPC 设备的目标都有不同类型的应用。STPC-Client。“无组织应用”的“服务器产品引擎”。典型的应用是带有存储器的网络、防火墙、 Web 服务器、传真服务器、打印服务器、家庭网关、路由器、PBX 等。STPC-Client增加的功能：*16线通用I/O模块。STPC-Customer II。使用TV或监控器来实现显示和视频性能的产品的“TV产品引擎”。典型的应用是Web 盒、可访问Web 的TV和TV机顶盒、Web DVD等。STPC-Custom

6、er II增加的功能：* 带有RAMDAC的VGA/SVGA兼容的图形加速；*PAL/NTSC TV视频输出接口；* 视频输入端口。STPC Industrial。带有 CRT 或 TFT LCD 显示的产品和终端的 “上网产品 /终端引擎”。典型的应用是 Internet 终端、瘦型客户机终端、 Web 电话、 Web 便签簿、汽车导盘设备和娱乐系统。STPC-Industrial 增加的功能：* 带有 RAMDAC 的 VGA/SVGA 兼容的图形加速功能；*TFT LCD 显示接口；* 视频输入端口；*PS/2 键盘和鼠标；*PC 兼容的双 UART 和并行端口；* 双 USB 主机集线

7、器；*PCMCIA/Cardbus 控制器。3 基于 STPC-Industrial 的设计应用正是由于 STPC 为我们提供了设计PC 构架的嵌入式系统的基础，使得嵌入式应用能够实现更多的功能。下文介绍一种基于 STPC-Industrial 的平板网络终端设备的设计与实现。 该设备工作于各种互联网络中， 通过运行在 DoC（Disk on Chip ）上的程序完成一个个网络节点的输入 /输出。该设备的总体框图如图 1 所示。（ 1）PC 部分该设备的核心PC 部分采用的是STPC-Industrial 芯片，图 2 是 STPC-Industrial 芯片的逻辑结构图。系统配置：133M

8、x86 CPU 、128K BIOS 、 64MB DRAM 、2 个串口、 USB 接口、 15 英寸 LCD。（2）网卡部分该设备采用的是PCI 接口的， 10/100M 自适应网络控制器AM79C973 。由它来构成网络接口。（ 3）Disk on Chip作为一个嵌入式系统，该设备并不需要配备大容量的硬盘，而只需将嵌入式操作系统和应用程序存放于一个64MB 容量的 DoC 中，即可满足应用要求。DoC 中的程序可通过网络下载，也可在调试过程中通过调试用的串口编制。DoC占用系统0CC00:00CFFF:F 这16K的空间。DoC的译码及控制逻辑由Lattice公司的CPLD产品iM4A

9、5192/96中的逻辑实现。该逻辑在Lattice公司的EDA工具ispDESIGN EXPERT下用Verilog HDL语言编写完成。（4）操作系统及应用软件该设备为用户提供的是一个完整的网络终端解决方案。用户可根据需要将一个简化的操作系统和应用程序通过网络下载到DoC 上，构成一个完整的网络终端。（5）特点及应用领域由于该设备提供的是一个较为通用的硬件平台，故具有相当的灵活性，即只需将应用软件稍加改动或添加少量的设备就可适用于更多的领域。如：采用工业级或军用芯片，并对机箱进行加固处理，即可构成适用于工业控制领域的瘦型网络终端或军用领域的单兵作战系统的硬件平台；与 GPS 设备相连接，并加装存放电子地图的大容量USB 硬盘，在该设备上运行GIS，即可适用于汽车电脑、船只导航等领域。这种基于 STPC 的网络终端设备最大的特点是体积小、结构简单、功能强大、软件适用性强。该设备可作为瘦型网络终端广泛应用于银行、证券等金融机构和公共网络接入