SOC与单片机应用技术的发展
时间:2019-03-11 04:39:18 来源:蛟河农业网 作者:匿名
摘要:本文讨论了SOC和单片机应用技术的发展;介绍了SOC的基本技术特点和应用概念;分析了单片机作为SOC应用设计中IP族重要成员的特点。通过讨论,指出基于嵌入式技术,MCU再次成为现代电子应用技术的核心之一,为SOC应用技术提供了坚实的基础。 介绍 现场电子技术应用包括三个级别的硬件(HW),硬件加软件(HW SW)和固件(FW)。这三个层次也可以说是现代电子技术应用的三人发展阶段。自1997年以来,电子技术应用程序增加了新级别的——片上系统(SOC)层次结构。 SOC技术概念和应用技术水平的出现标志着现代电子技术进入SOC阶段。 从开发的各个阶段开始,自HW SW阶段以来,电子技术应用已与微控制器紧密相连。在FW阶段,作为固件系统的重要核心技术,MCU再次基于嵌入式技术,再次成为现代电子应用技术的核心技术之一,为SOC应用技术提供了坚实的基础。 SOC为各种应用提供了新的实现技术。这种新的电子系统实现技术在过去三年中引起了行业的巨大变化,为信息技术的应用提供了坚实的基础,因此可称为SOC革命。同时,SOC还为单片机技术提供了更广阔的应用领域,彻底改变了单片机的应用技术。 在对近年来SOC技术和单片机应用技术发展的研究基础上,论述了SOC的基本技术概念以及单片机与SOC技术的关系,并指出了嵌入式应用的技术特点。 SOC中的单片机。 首先,SOC技术和应用概念 所谓的SOC技术是一种高度集成的,基于固件的系统集成技术。使用SOC技术设计系统的核心思想是将整个应用电子系统集成到单个芯片中。在SOC技术的应用中,除了外部电路或不能集成的机械部件之外,所有其他系统电路都是集成的。系统功能集成是SOC的核心技术 在传统的应用电子系统设计中,有必要根据设计要求的功能模块集成整个系统,即根据设计要求的功能找到相应的集成电路,然后设计连接形式。根据设计要求的技术规范选择电路。参数。该设计的结果是基于功能集成电路的分布式应用电子系统架构。设计结果是否符合设计要求不仅取决于电路芯片的技术参数,还取决于整个系统PCB布局的电磁兼容特性。同时,对于需要数字化的系统,通常需要使用单片机等。因此,还必须考虑分布式系统对电路固件特性的影响。显然,传统应用电子系统的实现使用分布式功能合成技术。 对于SOC,应用电子系统的设计也是根据功能和参数要求设计的,但它与传统方法有根本的不同。 SOC不是基于功能电路的分布式系统集成技术。它是一种基于功能的IP系统固件和电路合成技术。首先,功能的实??现不再集成用于功能电路,而是用于电路综合系统的整体固件实现,即使用IP技术将系统作为整体电路组合。其次,电路设计的最终结果与IP功能模块和固件特性有关,与电路封装在PCB上的方式和连接技术无关。因此,设计结果的电磁兼容特性得到极大改善。换句话说,结果非常接近理想的设计目标。 2.固件集成是SOC的基本设计理念 在传统的分布式集成设计技术中,由于使用了分布式功能合成技术,因此系统的固件特性通常难以最佳地实现。通常,功能IC必须考虑两个设计目标,以满足尽可能多的用途:一个是满足多个应用领域的功能控制要求;另一种是考虑广泛的应用功能和技术。指数。因此,功能集成电路(即定制集成电路)必须在I/O和控制方面添加多个电路,以便普通用户可以获得尽可能多的开发性能。然而,定制电路设计的应用电子设备不容易实现最佳,特别是固件特性非常分散。对于SOC,从SOC的核心技术可以看出,使用SOC技术设计应用电子系统的基本设计思想是实现整个系统的固件集成。用户只需根据需要选择和改进模块和嵌入式结构的每个部分,即可实现完全优化的固件功能,而无需花时间熟悉定制电路的开发技术。固件基础的突然优势在于系统可以更接近理想系统,并且更容易实现设计要求。 嵌入式系统是SOC的基本结构 在使用SOC技术设计的应用电子系统中,可以非常方便地实现嵌入式结构。各种嵌入式结构的实现非常简单。只要根据系统的需要选择相应的内核,并根据设计要求选择匹配的IP模块,就可以完成整个系统的硬件结构。特别是在使用智能电路综合技术时,可以更全面地实现整个系统的固件特性,使系统更接近理想的设计要求。必须指出的是,SOC的嵌入式结构可以大大缩短应用程序的设计和开发周期。 4.IP是SOC的设计基础 传统应用电子设计工程师面临着各种定制集成电路,而采用SOC技术的电子系统设计工程师则面临着庞大的IP库,所有设计工作都基于IP模块。 SOC技术将应用电子系统设计工程师转变为面向应用的电子设计工程师。可以看出,SOC是一种基于IP模块的设计技术,而IP是SOC应用的基础。 5. SOC技术的不同阶段 使用SOC技术设计应用电子系统的几个阶段如图1所示。在功能设计阶段,设计人员必须充分考虑系统的固件特性,并使用固件功能进行全面的功能设计。功能设计完成后,您可以进入IP合成阶段。 IP合成阶段的任务利用强大的IP库来实现系统的功能。在P组合结束之后,首先执行功能模拟以检查是否实现了系统的设计功能要求。通过功能模拟后,进行电路仿真。目的是检查由IP模块组成的电路是否能够实现设计功能并达到相应的设计技术指标。设计的最后阶段是测试制造的SOC产品,以便调整各种技术参数并确定应用参数。二,SOC的应用概念 现代科学和技术应用的一个重要特征是技术多样性,智能多功能性和面向对象的系统设计。所谓的技术多样性是相同的应用电子系统可以有许多不同的设计选择可供选择;不同的设计解决方案意味着必须使用不同的设计和生产技术。所谓的知识变异性是指在现代电子技术应用系统中实现系统目标的基本理论和方法,随着新知识的出现而不断变化。这种变化不仅改变了应用电子系统的技术指标,甚至改变了系统的整体结构。 随着现代信息和电子技术应用领域的不断扩大,越来越多的应用领域提出了各种特殊要求。例如,航空航天领域所需的小体积系统和信息应用领域的个性化要求使得通用固件技术变得困难。特别是在民用领域,对个性化产品设计理念的强调使得应用电子设备的更新速度非常快,对小批量和多品种的要求也越来越高。这是一系列问题,如小批量产品和成本,集成和成本,产品开发周期和成本。 SOC是一种现代应用电子技术,可满足现代科学和工程技术发展的要求。传统观念认为只有大批量产品才有可能整合,并且具有价格竞争优势。因此,到目前为止,大多数小批量产品,尤其是基于研究的应用电子系统,通常使用HW,HW SW或FW技术来实现。但随着SOC的出现,发展和成熟,这种情况发生了巨大变化。 SOC为现代电子工程师提供了一种快速,经济的系统设计方法,因此可以通过低成本的单芯片实现传统的高性能,高复杂度,高成本的嵌入式结构。 1. SOC设计理念 SOC的设计理念与传统的设计理念完全不同。在SOC设计中,设计人员不再面对电路芯片;它是可以实现设计功能的IP模块库。设计人员无需在大量模块电路中搜索所需的电路芯片。他们只需根据设计功能和固件特性选择相应的IP模块。这种电路设计技术和集成方法几乎消除了器件信息障碍,因为每个应用设计都是专用集成系统,是专用集成电路。换句话说,SOC的设计理念是“设计自己的ASIC”。从某种意义上说,它将用户转变为集成电路制造商。2.高效便捷的设计工具 由于IP是SOC的基础,因此必须使用相应的EDA软件来完成设计技术。如果没有高效便捷的设计工具,SOC设计就是空谈。实际上,传统的应用电子系统设计工作对EDA和其他相应的设计软件没有很高的要求,只需要提供相应的便利; SOC设计必须基于EDA。例如,使用SOC技术设计智能温度控制系统,由于整个系统集成在一个芯片中,用户必须能够全面模拟CPU内核,存储器,A/D,模拟放大器和其他电路。显然,必须有一个高效便捷的EDA工具才能完成这项工作。 三是SOC技术中的单片机 现代电子技术应用于单片机的主流技术,特别是在工业和民用的独立电子系统中,单片机起着系统核心的作用。由于MCU系统具有独特的固件功能,MCU在SOC技术中发挥着重要作用。 1. SOC嵌入式技术 随着电子技术的发展,特别是应用技术的快速发展,单片机应用系统已经形成了一个共同而独特的嵌入式结构。例如,通过嵌入不同的CPU和其他辅助电路来形成不同系列的单片微计算机。目前,微控制器已成为CPU和其他辅助电路。目前,MCU已成为IP库的重要成员,其嵌入式结构是SOC的重要实现技术和方法。 利用SOC设计具有SOC的单芯片系统的嵌入式结构为设计者提供了现有技术无法比拟的优越条件。设计人员必须努力选择微控制器的型号;只需根据设计系统的固件特性和功能要求选择相应的CPU核心,然后根据需要选择其他IP模块,即可实现完整的系统。从某种意义上说,SOC为单芯片应用提供了更广泛的应用技术,并为微控制器提供了更强大的生命。想象一下,如果整个SOC目标系统的核心是单芯片CPU,那么在系统成功设计之后,它不仅是一个真实的微控制器,而且还是一个真正的系统微控制器。这是微控制器强大生命力的根源。2. SOC系统优化 目前,在单片机的应用中,相当一部分不能称为单片机。因为许多应用需要形成微控制器的外部系统总线。因此,充分利用MCU资源和避免外部总线的形成往往是MCU应用设计的主要追求目标。换句话说,优化是微控制器应用中的一个重要问题。 例如,为了设计具有多个传感器的测试系统,通常需要根据微控制器的特性设计相应的外部总线,并且应用系统是巨大的。采用SOC技术后,系统不再需要外部总线,可以删除所选MCU中不需要的资源,只保留所需的CPU和其他功能模块。这两种设计方法的框图如图2所示。 从图2中可以看出,设计人员不必担心如何充分利用微控制器资源,可以根据自己的需要选择所需的电路,并结合熟悉的微控制器的CPU核心。同时,现有技术中需要精确调整的前端电路(模拟信号处理部分)也放置在一个芯片中,从而避免了大量的PCB板调试工作。从“单片机必须实现系统分割”的角度来看,该系统是用户设计的专用单片机系统,是一个可以实现所有系统功能的优化系统。这种系统的调试和测试方法与传统的单片机系统完全不同,已成为一种能够处理模数混合信号的新系统。因此,SOC技术实现了微控制器应用系统的更高集成度。 简而言之,SOC彻底改变了单片机的应用技术。这种变化是应用电子系统的设计技术。从制造商提供的定制产品时代开始,它已进入用户开发设计设备的时代。这标志着单片机应用的历史性变革,一个单芯片应用的新时代已经到来。 结论 SOC成为下一代应用电子技术的核心已成为一个不争的事实。这不仅是电子技术本身的革命性象征,也是电子技术应用的重大历史变革。 SOC不是凭空产生的;它是数十年应用技术积累和电子技术发展的必然结果。 IP是SOC的基础,是一个有利的证明。作为IP系列的重要分支,微控制器应用已从定制系统应用技术发展到SOC嵌入式应用技术。对于MCU应用工程师而言,不仅用户技术发生了重大变化,更重要的是,应用工程师面临着新的挑战。同时,SOC对单片机的应用技术也有了更广阔的发展前景。

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