Dom > Razstava > Vsebine

Sistem na čipu (SoC) Struktura

Mar 08, 2019

SoC sestavljajo funkcionalne strojne enote, vključno z mikroprocesorji, ki upravljajo programsko kodo, kot tudi komunikacijski podsistem za povezovanje, krmiljenje, usmerjanje in povezovanje med temi funkcionalnimi moduli.


Funkcionalne komponente

Procesorska jedra

SoC mora imeti vsaj eno procesorsko jedro, toda običajno ima SoC več kot eno jedro. Procesorska jedra so lahko mikrokontroler, mikroprocesor (μP), procesor digitalnega signala (DSP) ali jedro procesorja (ASIP), ki je specifičen za aplikacijo. ASIPi imajo nabor ukazov, ki so prilagojeni za domeno aplikacije in zasnovani tako, da so učinkovitejši od splošnih navodil za določeno vrsto obremenitve. Večprocesorski SoC imajo po definiciji več kot eno procesorsko jedro.


Ne glede na to, ali je eno jedro, multi-core ali manycore, procesorska jedra SoC običajno uporabljajo arhitekture nizov RISC. Arhitekture RISC imajo prednost pred CISC-jevimi procesorji za sisteme na čipu, ker zahtevajo manj digitalne logike in zato manj energije in površine na krovu ter v trgih vgrajenih in mobilnih računalnikov so področje in moč pogosto zelo omejeni. Predvsem SoC-jeva procesorska jedra pogosto uporabljajo arhitekturo ARM, ker je mehak procesor, ki je določen kot jedro IP in je bolj učinkovit kot x86.


Spomini

Dodatne informacije: Računalniški pomnilnik

Sistemi na čipu morajo imeti polprevodniške spominske bloke, ki lahko izvajajo računanje, kot tudi mikrokrmilniki in drugi vgrajeni sistemi. Glede na aplikacijo lahko spomin SoC oblikuje hierarhijo pomnilnika in hierarhijo predpomnilnika. Na trgu mobilnega računalništva je to običajno, toda v številnih vgrajenih mikrokontrolerjih z nizko porabo to ni potrebno.


Tehnologije pomnilnika za SoC vključujejo pomnilnik samo za branje (ROM), pomnilnik z naključnim dostopom (RAM), električno izbrisljiv programabilni ROM (EEPROM) in pomnilnik flash. Tako kot v drugih računalniških sistemih se lahko RAM razdeli na relativno hitrejši, vendar dražji statični pomnilnik (SRAM) in počasnejši, a cenejši dinamični pomnilnik (DRAM). Kadar ima SoC hierarhijo predpomnilnika, bo SRAM običajno uporabljen za izvajanje L1 predpomnilnikov procesorskih registrov in jeder, medtem ko bo DRAM uporabljen za nižje ravni hierarhije predpomnilnika, vključno z glavnim pomnilnikom. "Glavni pomnilnik" je lahko specifičen za en procesor (ki je lahko večjedrni), če ima SoC več procesorjev, v tem primeru je porazdeljen pomnilnik in ga je treba poslati prek komunikacije Intermodule na čipu, do katere dostopa drugačen procesor. [11] Za nadaljnjo razpravo o problemih pomnilnika z več obdelavami si oglejte skladnost predpomnilnika in zakasnitev pomnilnika.


Vmesniki

SoC-ji vključujejo zunanje vmesnike, običajno za komunikacijske protokole. Pogosto temeljijo na industrijskih standardih, kot so USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C, itd. Ti vmesniki se razlikujejo glede na predvideno uporabo. Podprti so lahko tudi protokoli za brezžično omrežje, kot so Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN in komunikacija v bližnjem polju.


Kadar je potrebno, SoC-ji vključujejo analogne vmesnike, vključno z analogno-digitalnimi in digitalno-analognimi pretvorniki, pogosto za obdelavo signalov. Lahko se povežejo z različnimi tipi senzorjev ali aktuatorjev, vključno s pametnimi pretvorniki. Lahko so vmesniki z moduli ali ščitniki, ki so specifični za aplikacijo. [Nb 5] Ali pa so lahko notranji za SoC, kot na primer, če je v SoC vgrajen analogni senzor in njegove odčitke je treba pretvoriti v digitalne signale za matematično obdelavo.


Digitalni signalni procesorji

DSP (Digital Signal Processor) jedra so pogosto vključena v sisteme na čipu. Opravljajo operacije obdelave signalov v sistemih na čipu za senzorje, aktuatorje, zbiranje podatkov, analizo podatkov in multimedijsko obdelavo. DSP jedra običajno vsebujejo zelo dolge instrukcijske besede (VLIW) in arhitekture z enim ukazom, več podatkov (SIMD) in so zato zelo podvržene izkoriščanju vzporednosti na ravni navodil z vzporedno obdelavo in nadkrmilnim izvajanjem. DSP jedra najpogosteje vsebujejo navodila, specifična za aplikacijo, in kot taka so običajno aplikacijski specifični procesorji (ASIP). Takšna navodila, specifična za aplikacijo, ustrezajo namenskim strojnim funkcionalnim enotam, ki izračunajo ta navodila.


Tipična navodila za DSP vključujejo multiply-accumulate, Fast Fourier transform, fused multiply-add in convolutions.


Drugo

Kot pri drugih računalniških sistemih, SoC-ji zahtevajo časovne vire za generiranje urnih signalov, nadzor nad izvajanjem SoC funkcij in zagotavljanje časovnega konteksta za obdelavo signalov aplikacij SoC, če je to potrebno. Priljubljeni časovni viri so kristalni oscilatorji in fazno zaklenjene zanke.


Periferne enote sistema na čipu, vključno s časovnikom za merjenje časa, časovnikom v realnem času in generatorji za ponastavitev na napajanje. SoC vključujejo tudi napetostne regulatorje in napajalne kroge.