Casa > Exposició > Contingut

Estructura del sistema en un xip (SoC)

Mar 08, 2019

Un SoC consisteix en unitats funcionals de maquinari, incloent microprocessadors que executen codi de programari, així com un subsistema de comunicacions per connectar, controlar, intercanviar i connectar aquests mòduls funcionals.


Components funcionals

Nuclis de processador

Un SoC ha de tenir almenys un nucli de processador, però normalment un SoC té més d'un nucli. Els nuclis de processador poden ser un nucli microcontrolador, microprocessador (μP), processador de senyal digital (DSP) o processador de conjunt d'instruccions (ASIP) específic per a aplicacions. Els ASIP tenen conjunts d'instruccions personalitzats per a un domini d'aplicació i dissenyats per ser més eficients que les instruccions d'ús general per a un tipus específic de càrrega de treball. Els SoC multiprocessadors tenen, per definició, més d'un nucli de processador.


Tant si es tracta de nuclis senzills, de nucli múltiple com de molts altres, els nuclis de processador SoC solen utilitzar arquitectures de conjunts d'instruccions RISC. Les arquitectures RISC són avantatjoses per als processadors CISC per a sistemes en xip, ja que requereixen menys lògica digital i, per tant, menys potència i àrea a bord, i en els mercats d’informació integrats i mòbils, l’àrea i el poder solen ser molt limitades. En particular, els nuclis de processador SoC sovint utilitzen l'arquitectura ARM perquè és un processador suau especificat com a nucli IP i és més eficient que x86.


Records

Més informació: Memòria d’ordinador

Els sistemes en xip han de tenir blocs de memòria semiconductors per realitzar el seu càlcul, igual que els microcontroladors i altres sistemes integrats. Depenent de l’aplicació, la memòria SoC pot formar una jerarquia de memòria i una jerarquia de memòria cau. En el mercat de la informàtica mòbil, això és comú, però en molts microcontroladors incrustats de baixa potència, això no és necessari.


Les tecnologies de memòria per a SoC inclouen memòria de només lectura (ROM), memòria d'accés aleatori (RAM), ROM programable eliminable elèctricament (EEPROM) i memòria flash. Igual que en altres sistemes informàtics, la memòria RAM es pot subdividir en una RAM estàtica relativament més ràpida però més costosa (SRAM) i la memòria RAM més lenta però més barata (DRAM). Quan un SoC té una jerarquia de memòria cau, el SRAM s’utilitzarà normalment per implementar registres de processador i memòries ca L1 mentre que DRAM s’utilitzarà per a nivells inferiors de la jerarquia de memòria cau inclosa la memòria principal. La "memòria principal" pot ser específica d’un únic processador (que pot ser multi-nucli) quan el SoC té diversos processadors, en aquest cas és una memòria distribuïda i s’ha d’enviar per mitjà de la comunicació en xip entre mòduls per accedir-hi per un altre. processador. [11] Per a més discussió sobre problemes de memòria de processament múltiple, vegeu la coherència de la memòria cau i la latència de la memòria.


Interfícies

SoC inclou interfícies externes, normalment per a protocols de comunicació. Sovint es basen en estàndards de la indústria, com ara USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I²C, etc. Aquestes interfícies difereixen segons l’aplicació prevista. Els protocols de xarxa sense fils, com ara Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN i la comunicació a prop del camp, també poden ser compatibles.


Quan calgui, els SoC inclouen interfícies analògiques que inclouen convertidors analògics a digitals i digitals a analògics, sovint per al processament del senyal. Aquests poden ser capaços d’interfilar amb diferents tipus de sensors o actuadors, inclosos els transductors intel·ligents. Es poden connectar amb mòduls o escuts específics de l'aplicació. [Nb 5] O poden ser interns al SoC, com ara si hi ha incorporat un sensor analògic al SoC i les seves lectures s'han de convertir en senyals digitals per al processament matemàtic.


Processadors de senyal digital

Els nuclis del processador de senyal digital (DSP) sovint s'inclouen en sistemes on-chip. Realitzen operacions de processament de senyals en sistemes en xip per a sensors, actuadors, recopilació de dades, anàlisi de dades i processament multimèdia. Normalment, els nuclis DSP inclouen arquitectures de conjunt de instruccions de paraules molt llargues (VLIW) i de instrucció única (SIMD), i per tant són molt útils per explotar el paral·lelisme de les instruccions mitjançant processament paral·lel i execució superescalar. Els nuclis DSP sovint contenen instruccions específiques per a aplicacions i, com a tal, són normalment processadors de configuració d'instruccions (ASIP) específics per a aplicacions. Aquestes instruccions específiques de l’aplicació corresponen a unitats funcionals dedicades al maquinari que calculen aquestes instruccions.


Les instruccions típiques de DSP inclouen multiplicar-acumular, transformada de Fourier ràpida, addició de multiplicats i convolucions fusionades.


Altres

Igual que amb altres sistemes informàtics, els SoC necessiten fonts de sincronització per generar senyals de rellotge, controlar l'execució de les funcions de SoC i proporcionar context de temps a les aplicacions de processament de senyals del SoC, si cal. Les fonts de temps populars són oscil·ladors de vidre i bucles bloquejats per fases.


Perifèrics del sistema en xip que inclouen temporitzadors, temporitzadors en temps real i generadors de reinici. Els SoC també inclouen reguladors de tensió i circuits de gestió d'energia.