SOC技术的现状、水平和发展趋势（下）

1、SOC技术的现状、水平和发展趋势（下）业界论坛SOC技术的现状,水平和发岫福州杰讯自动化技术有限公司林学龙着重从应用的角度介绍国内外S0c挂术的研究应用现状,可骗程S0C技术的研究应用水平摘要(主要介绍数家有代表性厂商可鳊程S0C芯片及其开发平台).最后夼绍目前SOC技术发展比较明显的两大趋势混合信号S0C和基于平台设计(PBD).关键词SOCSOPC混合信号SOC基于平台设计(PBD)2.3AItara公司的可编程SOC芯片技术及其开发平台Altera公司SOC芯片的市场目标与Xilinx公司一样,主要也是面向需要大量数字信号处理的高端宽带和电信应用.AItera已经在其可编程SOC中集成A

2、RM和MIPS的200MHz32位处理器以及Nios用户可选择的16位和32位的微处理器这些MPUIP可从Altera可编程SOC芯片APEXEP20K系列FPGA获得支持.Nios徼处理器核是由Altera自行开发的.Nios用一套完整的工具套件很容易在AIteraAPEXEP20K系列FPGA及AlteraPLD上实现Nios可配置RISCMPU软核成为具有16位指令集的16位或32位RISC微处理器可对Nios嵌人式MPU进行优化,加外设功能以适台用户特殊设计需要.实际上-用户能容易地改变系统设计以及在现场升级c从Nios中可得到的外设有定时/计数器,PIO,SPI,PWM,10/100

3、以太网MAC和SDRAM控制器.NiosMPU仅占20万门EP20K200E的12%.EP20K200E样品价是80美元生产1个微处理器成本是l0美元若使用量大,EP20K200E器件价格低于40美元,结果1个微处理器成本仅占5美元.几个NiosMPU可装在AlteraPLD器件上构成并行处理系统,能最大地满足用户的应用需求这种并行处理能力在网络应用中是特别有用的,多重NiosMPU可当作专门化的网络处理器.除此之外加入FIR滤波器和FFT算法能够开发一个完善的DSP处理系统.设计者可通过将NiOSMPU与时间处理单元结台来建立工业和汽车控制器当与多媒体接口控制器,出错修正或信息包处理模块相连

4、接时.一套完善的网络处理系统就可建成.也就是说,NiOSMPU对器件有效的利用意味着多重核可用于要求多重处理的性能扩展.Altera通过与ARMLimited和MIPSTechnologies公司的合作关系,获得目前最先进的处理器技术.ARM和MIPS处理器可集成到Altera可编程SOC器件上.这样就可利用MIPS和ARM处理器的性能来完成Nios处理器所实现的应用范围,因此完全可以代替Nios处理器.同时,它们还与所有第三方开发和调试工具相兼容并且支持基于ARM和MIPS的应用开发.Altera公司已推出一款sOC开发工具套件ExcaliburDevelopmentKits.该开发套件包括

5、SOC开发所必需的各种工具和资源软件,可以重构的硬件电路结构验证平台和使用说明书.可以使用的软件资源包括供选用的多种嵌人式处理器核,Altera系列FPGA开发工具Quartus(其可进行HDL设计的仿真,综台和布局,布线),还有工业标准的C/C+编译器.可重构的硬件平台可用来验证设计是否正确,在表示硬件结构电路代码生成后,通过PC机加载可重构其电路,通过运行重构的电路来达到验证的目的开发软件包中可嵌入CPU核,有3种可供选择,它们都是高性能的RISC结构CPU,其中最高的为64位结构,运行速度可达200MIPS,使用的领域非常广.整个开发套件目前售价1000美兀o2.4Triscend公司S

6、OC芯片技术及其开发平台Triscend公司SOC芯片的市场目标重点是电信与网络市场.此讣.在便携式/无线传输应用,嵌人式网际网络系统,仪器与工具控制等领域也是它的发展空间.TriSCend公司新推出的可配置片上系统CSOC(ConfigurableSystemonaChip)产品E5.是一颗整台805lTurbo核,RAM,高速总线和PLD等的混台芯片.可以让已经整台在内部的MCU通过Triscend设计的芯片内总线(BUS)与PLD沟通,能兼具SOC的高整台度与PLD的设计规蜘弹性,一推出便受到市场的瞩目E5匀含有MCU内核,4万门PLD,40KB的RAM-业界论坛可在40MHz频率下工作

7、,指令周期为4个时钟周期,多达316个可编程I/O(PIO)端口,自带看门狗定时器保护电路和双通道DMA控制器,具有符合IEEE1149.1标准的增强型JTAG接口,可进行在线实时调试,便于在目标系统内验证TriSCend可实现8位应用的以太网连接,即TriSCendE5+Ethernet.Triscend的专利CSLlConfigurableSystemLogic)使得E5成为市场上唯一的与以太网MAC(MediaAccessController)和PHY(PhysicalinterfaCe)接口的8位微控制器.参考设计使用CS8900A.此芯片是CirrusLogic的集成MAC/PHYT

8、riscendE5的可配置系统逻辑用于实现与CS8900A的16位接口设计.此设计已通过CMX实时操作系统的MicronetTCP/IP协议栈的测试.也可使用其它的用于80C51MCU的TCP/IP栈除了E5外,Triscend还推出了TriscendA7系列的全32位可配置片上系统(SOC),内置高性能,低功耗32位处理器(ARM7TDMI,8KB指令/数据混合高速Cache,16KB中间结果暂存器,高达3200个【40000门)可配置系统逻辑(CSL)单元,4路独立的DMA通道,双串口,高性能专用内部总线【高达60MHz).支持Flash,EEPROM,SRAM及SDRAM外部存储接口,可

9、在线调试设计工具方面Triscend推出Fastchip软件工具.Fashchip是用于对TriscendCSOC芯片进行设计,实现和调试的开发环境.用户通过其直观设计流程使用软模型在几分钟内就可创建一种新的处理器派生品此外,用户还可应用原有熟悉的EDA工具与设计语言来开发产品,然后再交给Fastchip软件编译器来加以整台转换,因此可不需耗费太多的学习时间目前.Tristead的产品在亚太地区变由Unique科威来代理,可为用户提供必要的软硬件销售与支持服务25其他公司的SOC芯片技术MontaVista与ST连手进军SOC市场.嵌入式应用HardHatLinux供应商MontaVista软

10、件公司与ST微电子公司将联合为基于ST40的数字消费平台开发HardHatLinuxcST40是基于SuperH的32位SH-4内核SOC系列产品之一MontaVista是sT的消费电子和其它产品市场SOC解泱方案的Linux首选供应商.两家公司的开发工作在早期就可互相共享此外,MontaVista将向ST的客户提供HardHatLinux技术培训和支持.MontaVista将联合ST以确保数字电视接收机的应用程序栈与HardHatLinux当前与未来发布的版本无缝集成在一起.MontaVista也将同ST台进行销售和市场营销话动.IDT公司推出新型网关集成处理器.IDT公司推出首个单芯片解决

11、方案一RC32355集成通信处理器.该处理器成功地集成ATM,以太网,USB和电话接口,并保持所有接口的并发线速.RC32355采用高性能32位RISC32300CPU处理器内孩.工作频率高达l50MHz,可满足客户前端设备市场ICPE)的系统需要.RC32355提供的片上接口有效集成广域网连接的语言和数据流量,包括ADSL,光缆和无线媒介TDM接口支持标准总线.可直接接入外部数字语音子系统,满足IP语音(VolP)和数字用户专线(VoDsLj语音等数字语音应用的要求RC32355采用MIPS指令集结构(ISA).集成完整SOC的所有功能.片上通信外围设备包括:1个l0M位和l00M位的以太网

12、MAC器件;1个25M位ATM分频段及重组式(SAR)控制器:1个12M位USB控制器,完全兼容1.1版本USB标准;1个业界标准时分多路(TDM)总线接口,可直接连接外部语音电路在基础设施环境中,RC32355集成处理器可用作IDTSwitchStarATM转换结构的控制器,用于各种XDSL数字用户环路接人多路器(DSLAMS)和无线基站及中,高端转换平台媒介cRC32355处理器有l33MHz和150MHz两种速度,已于2001年6月全面投产.l33MHz产品l0000件原生产厂商价格为每件22美元.Cypress公司推出可配置的混合信号SOC.Cy-press公司可编程系统芯片(SOPC

13、)MCU,有8C25XXX/8C26XXX系列,是包含有可配置数字和模拟资源的可编程SOC,强大的4M1PS暗佛结构带有乘加器cMAC1内台有数字SOPC模块8个模拟SOPC模块l2个,Flash程序存储器4/8/16.数据存储器l28/256KB,I/0引脚6/16124/40/44封装8/20/28/48脚.数字SOPC模块可配置出8个8位通用定时器/计数器,PWM,UART,SPI主从功能;摸拟SOPC摸块可配置出ADC和DAC,可编程增益放大器,采样/保持电路,可编程滤波器,差分比较器和温度传感器.Cygnal推出针对嵌入式设备的SOC.CygnaIIntegratedProducts

14、公司推出6种现场可编程混合信号SOC控制器.这些产品主要应用于电子游戏,桌面周边设备,信息产品和家庭,自动化机及保安系统.C8051F2XX器件带有1个运行速度为25MHz下25MIPS的805l兼容CPU,该公司称805lCISC指令集能够提供比8位RISC控制器更高的代码密10丰-.入|;现LCD监视器所需的大部分功能,井带有1个可编程LCD实时控制器(TCON).该功能使LCD监视器上不需PCB板.降低了成本井增加了成品可靠性a该公司已指定它为智能面板上的控制器技术.除了可编程TCON之外,该单片LCD面板控制器还有其它先进特性,如:全集成的三重ADC和PLL,极可靠的DVI接收器,高带

15、宽数字内容保护,片上微控制器,内置高级OSD控制器,真色彩数字颜色控制,实时恢复以及高质量抖动.gm51I5采用208脚FOFP封装,批量报价在198529.85美元之间.当今,国际上几乎所有的半导体厂商及其相关领域的高科技公司都在进军SOC及其应用产品市场.除了上述介绍的近十来个公司外,还有不少像TI,NEC,夏普,Actel这样着名的公司,而且众多高技术中小型公司(如Virage逻辑公司,Sequenc设计公司,DolphinIntegrationSA公司,RaisonanceSA公司等)都在以自己的方式进入SOC市场.这就充分说明了SOC技术已成为当今微电子技术的主流.同时也使传统的离散

16、标准器件的组台设计技术面临着巨大的挑战.从目前SOC技术的发展趋势和SOC技术本身所具有的技术内含分析可得出,传统的离散标准器件的组合设计技术和方法必将在不久的将来被SOC技术和方法所取代.这种趋势显然对国内目前微电子及其相关工业提出挑战,同时也给我们提供了难得的发展机遇尽管SOC技术已逐渐成为当今微电子技术的主流,但毕竟其出现的时间不是很长.尤其是可编程SOC技术出现也仅是近一年的事.那么,SOC技术将培我们带来什/厶样的新机会呢?当前,在制造SOC芯片方面不是我们的优势,因此我们就必须从其它方面着手.笔者认为我们的机遇在如下4个方面:SOC的EDA工具算法研究与实现,SOC的核心技术IP的

17、研究与实现,关键电子信息产品核心SOC技术开发与实现,SOC技术应用产品的开发研制从现状而言.笔者认为应先从后两项工作人手.然后在工作的进程中逐步进入前两项工作.从前面的介绍可以体会到,目前的可编程SOC芯片及其相关的开发平台都提供了比较理想的SOC技术应用的开发工具套件,这些套件不仅具有一般的编辑,仿真,调试及验证功能,而且还针对不同应用提供了丰富的IP软核,因此.借助这些工具和芯片所提供的技术和方法.可很容易进入SOC技术的应用领域,进行电子信息产品核心SOC技术和SOC技术应用产品开发.从而很快地与国外相应领域的SOC技术同步发展.更为重要的是可使我们尽快地进入SOC所面对的市场,从SO

18、C技术获得效益,再进一步投入SOC技术研究与开发.从而形成良性循环.在此基础上,我们就可以全面介入SOC技术所涉及的所有领域,全面地与国际同步发展.我国是一个人力智能大国,又是市场巨大的发展中国家.具有在这次机遇中崭露头角,怍出成绩的条件在传统的离散标准器件组合的技术时代.由于我们很少有机会进入Ic设计,在很多领域失去了机会.随着SOC技术时代的来临,尤其是可编程豉可配置的SOC技术出现,使拽们有机会进入构造芯片内部结构的领域.我们千万不能错过也不应该错过这次机会,应当利用我们的聪明才智,做出富有特色的创新产品来l3SOC技术发展趋势soc技术自从其出现到现在,已受到了人们的极大关注.由于其在

19、保证产品设计质量,减少技术风险,缩短设计周期,争取早日上市方面是以往的技术无法比拟的,因此倍受半导体厂商,产品开发者的欢迎.众多厂商及开发者对其进行前所未有的推动,使其在技术,方法和应用方面取得令人瞩目的进步,但离其完善的地步尚存在许多问题.目前,面临的主要问题有如下几个方面:在芯片方面,不只是把功能复杂的若干个数字逻辑电路放在同一芯片上做成一个完整的单片数字系统,而且在芯片上也应包括其它类型的电子功能器件,如模拟器件和专用存储器.在某些应用中.可能还会扩大一些,包括射频器件甚至MEMS等.通常系统级芯片应当在单片上包括数字系统和模拟电子器件.设计复用方面,可重复使用的即插即用的IP,能在任何

20、地方构成庞大的片上系统(SOC)设计,然而由于同种类型IP核的丰富多样,使得IP复用面临着巨大的挑战从现实出发.半导体公司正在从事基于平台设计(Platform-BasedDesign,简称PBD),以及作为SOC中IP复用更为实际的解决方案.设计工具方面.由于各个厂家基于自己的业界论坛SOC技术提供一套EDA平台,这样就给SOC的用户造成极大的不便c用户无法应用同一标准,对不同厂家的同娄产品进行综台评价.也无法从不同厂家同类产品提供算法支持和优化使得应用产品开发者只能跟着少数厂家的SOC技术水平走针对目前这些闻题,我们可以从中体会到SOC技术有如下两个发展趋势(I)混台信号SOC至今为止,我

21、们所了解到绝大多数的SOC均是数字逻辑系统,但是真正称为片上系统SOC)不应只是数字逻辑系统.还应具有模拟功能.甚至还应包括射频器件等最起码SOC应在单片上实现数字和模拟两部分功能.可喜的是目前已出现这种发展趋势,如前文提到的CYPreSs公司推出的8C25XXX/8C26XXX系列SOC,尽管其功能还相对较弱,但已充分说明r这种趋势在不远的将来可以实现.混台信号电路长期被认作黑色艺术品”,已静静地以它自己的方式进入主流的CMOSASIC,作为推动更高级的集戚化的一部分.起初用在这些芯片的接口部分.混台信号电路已由像作为前后端数据信号处理的数据转换器这样的核组成,发展到与增益放大器,滤波器和信

22、号驱动器,接收器组台在一起与设计技术一样灵活的日益成熟的CMOS处理技术已使具有数字核,数字逻辑和存储器这些复杂的SOC所必需的高性能混台信号核集成成为可能,最近,许多应用台并到单一平台以提供像声音,数据和视频这样的多重服务已使得先前清楚的市场分割之间的界线变得模糊不清.导致了集成多重混合信号接口模块到单一产品中侧如.具有互联网接人,视频捕获和视频播送能力的蜂窝电话已合起来带给用户无线与网络市场变成一个通信市场,这使通信市场爆发性地增长.由互联网引发,已为集成混台信号解决方案驱动了需求由于成本和功耗消费的关注推动了减少这个系统所需分立元件和高速片与片连接的数量.千兆位以太网PHY,已为蓝牙,家庭RF,兆像素数字相机集成了基带/IF/RF,更快更大能力更加猛烈和选择性驱动了这些应用,并单独向混台信号设计者提供了巨大挑战.添加数字逻辑,数字核和存储器与集成多重组合信号接口结台在一起的任务,已清楚地说明为什么混合信号SOC还未成为工业上常用的术语.给足停的资源和时问,一定会实现混台信号SOC.但是由于对半导体用户来说市场是第一涉及因素,因此,以一个适当的形式强制决定支持SOC需要的混台信号方法是必要的.不过最近朗讯公司推出供Phase2+GSM和3G移动电话使用的Scep