關于系統集成應用的探討

摘要：系統集成這個方案已經提出很久，叫SYSTEM ON CHIP ，簡單稱為SOC。在很多領域已經開始應用。不同的領域使用不同程度的集成度，沒有一個很明顯界限的標準，主要取決于系統規劃工程師的需求分析在各方面的取舍。一個好的集成系統，有利于軟件工程師在整個系統的架構、維護以及測試，有利于客戶的生產，有利于成本的控制。本文主要針對控制方面的系統集成進行一部分應用的討論，以及列舉一些應用特例加以說明。

關鍵詞：SOC；COST DOWN；CPU ；DSP；設計思想

世界上第一臺計算機ENIAC于1946年在美國賓夕法尼亞大學制作成功，這個龐然大物占地面積達170平方米，重達30噸。它在1秒鐘內進行了5 000次加法運算和500次乘法運算，這比當時最快的繼電器計算機的運算速度要快1 000多倍。而這樣的速度相當于現在的計算機的速度是5K計算機，而當時它正常運行耗電是相當于一個正常電廠的整個發電量(100KW以上)。而現在一個400MHz的32位的DSP，耗電也不過1W左右。

可見系統集成是電子發展過程中不可缺少一個環節，下面我就SOC方面舉幾個例子，闡述一下SOC的方法，最后討論SOC的發展方向。

一、 MIC-CPU的縮小化有利于移動多媒體產品的發展

大家都知道，現在的計算機分為輸入、輸出設備、主板、還有處理器以及硬盤等設備組成。如圖1：

而體積比較大，用于便攜多媒體設計，就會存在體積大、耗電、價格昂貴等缺點，為了解決上述問題，引進SOC技術，把輸入設備簡單化，把處理器SOC，這樣可以簡單應用到便攜式產品中，同時也給設計應用更加簡單。如圖2：

這是某CHIP的設計架構，它把除電源系統、存儲設備以及輸入輸出設備全部放到CHIP。

二、 SOC的設計，有利于應用工程師的快速應用

一個好的方案，除了便宜的價格，其實還有就是開發的周期和維護的難度，一個方便、簡潔的方案也會受到消費者的喜歡，所以我們就將SOC的技術用到各種系統中，如某方案。

這是某手機、MP3、MP4、學習機、CD等方案的一個處理主CHIP的設計結構圖，我們不難發現，這個設計架構需要DSP、SRAM、CODEC、FLASH/HD以及其他設備通信的轉換IC，在設計過程中，我們需要點電路上設計上述的電路進去，LAYOUT工程師對其進行LAYOUT，HW DEBUG工程師進行DEBUG，由于電路的復雜，給上述工程師會帶來巨大的麻煩，FW工程師進行DSP和其他外圍IC的通信進行編寫，也增加了FW的周期和DEBUG、TEST的時間和難度。最后把此方案給工廠進行生產時，對工廠的生產技術要求以及設備要求更高，并且也會增加生產成本，是一般工廠無法接受的。

經過R/D工程師的SOC的設計之后，改進的電路如下：

整個CHIP，把DSP、SRAM、ROM、CODEC、USB CONTROLLER、INTERFACE、POWER MANGT等全部做到一個CHIP里面了，如果我們要做一個CD，那么我們只需要外面加一個司服和一個NOR FLASH，再做幾個KEY，如果需要加一個LCD就完成了一個CD的方案，上述的設備直接連接到CHIP的INTERFACE上面，電路非常簡潔；如果我們用這個CHIP設計成為一個MP4，那么我們只需要外接一個TFT、FLASH和幾個必須的KEY，就可以完成一個MP4的方案。

三、 SOC的設計有利于成本的降低

又以上述的電路為例，一個CODEC大概要5～6元，一個DSP大概要10元，加上POWER CONTROLLER大概要1～2元，USB CONTROLLER等其他單獨的IC，加起來成本價不少于20元。如果把這些IC放到一個5*5CM的電路板上進行LAYOUT，估計要使用4 LAYER PCB，還不考慮給工廠帶來的采購壓力、庫存壓力以及維修生產的壓力；當然也會給應用工程師帶來更長開發周期和難的開發CASE。

如果對上述的架構進行SOC設計，而整個CHIP只要15元左右，用一個5*5CM的PCB進行LAYOUT，只需要2LAYER PCB，在整個PCB上只能看到一個CHIP，而2LAYER PCB的價格是4LAYER PCB的一半。同時單CHIP的電路DEBUG基本上很簡單，FW工程師在SOC的CHIP進行各個模塊通信的編寫非常簡單，只需要填寫內部的BUFFE就可以，不需要像非SOC的電路IC 和IC間通信，需要協議的編寫、時序的配合、意見硬件工程師的建議等。

四、 SOC的發展方向和要求討論

SOC的設計有利于設計、測試和生產，更有利于成本的降低。但是有些電路是無法SOC的，或者說是SOC的成本會更高，或者是無法SOC的。下面舉一個成功的例子：

這是某FM的設計架構，現在的收音非常便宜，使用也非常廣泛，在汽車上、手機上，在MP3、MP4上，都很普及地使用到FM。勢必就會出現SOC的FM CHIP，這就是中國某公司的FM CHIP，它包括了PLL、鎖頻、放大、LDO、CODEC、AUDIO DSP以及INTERFACE BUS，此CHIP如果使用到手機上，只需要給一個CRYSTAL就可以了，CHIP可以直接控制喇叭，它把AUDIO的DSP和CODEC都做在里面了。單CHIP全部做完FM 到發音的全部動作，在此過程中我們涉及到兩個難點：第一，模擬電路和數字電路進行SOC設計，第二，電源和模擬數字電路的SOC設計。一般的電路設計都會把模擬數字電路進行分開設計，如果混合設計就會帶來很大的難度，如果處理不當會導致模擬部分失敗，導致整個CHIP失敗。

總之，SOC的發展方向是今后電子的發展方向，它讓我們的電子產品做得更小、更便宜、更省電。一個好的SOC的SYTTEM，可以決定一個產品在市場的生命，也會更加受到消費者的青睞。

參考文獻：

[1]陳先勇.SOC變集成電路為集成系統[J]. 計算機世界·技術與應 用，2007(8).

[2]劉麗.SOC原理、實現與應用——嵌入硬件系統設計與開發系列[M].北京:國防工業出版社，2005.

(湘西民族職業技術學院)