SOC與單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)分析

邢潔林

（江蘇省陶都中等專業(yè)學(xué)校，江蘇宜興，214221）

0 引言

研究表明，在電子技術(shù)剛進(jìn)入軟件+硬件的階段時(shí)，單片機(jī)就已經(jīng)成為其不可缺少的一部分，而進(jìn)入固件階段后，對(duì)固件系統(tǒng)有重要意義的單片機(jī)，又基于嵌入技術(shù)使自身煥發(fā)出了更強(qiáng)大生命力，SOC 技術(shù)應(yīng)此而具備了持續(xù)發(fā)展的條件。由此可見(jiàn)，對(duì)二者進(jìn)行研究很有必要，有關(guān)人員應(yīng)對(duì)此引起重視。

1 SOC 技術(shù)應(yīng)用分析

SOC 是固件化水平和集成化水平極高的一種技術(shù)，基于SOC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常需要將電子系統(tǒng)集成在某個(gè)芯片上，僅有不具備繼承條件的機(jī)械部分和外部電路仍保留原有形態(tài)。

■1.1 核心技術(shù)

由常規(guī)理念指導(dǎo)開(kāi)展電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，通常要以設(shè)計(jì)對(duì)功能模塊所提出要求為依據(jù)，綜合設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)，簡(jiǎn)單說(shuō)，就是先確定與設(shè)計(jì)要求相符的電路，再結(jié)合技術(shù)指標(biāo)對(duì)電路參數(shù)以及連接形式加以確定，而最終所得到系統(tǒng)的特點(diǎn)，主要是器件分布和功能集成[1]。要想使設(shè)計(jì)結(jié)果與要求相符，一方面要考慮電路芯片參數(shù)，另一方面要考慮PCB 電磁兼容性。此外，要想使系統(tǒng)呈現(xiàn)出更為理想的數(shù)字化水平，還要對(duì)單片機(jī)加以應(yīng)用，分布系統(tǒng)給電路固件所帶來(lái)影響，自然也在考慮范圍內(nèi)。

SOC 對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)所參考依據(jù)，同樣為參數(shù)要求及功能要求，但二者有極大的差異。SOC 并非基于功能電路所衍生出的分布式技術(shù)，而是基于功能IP 所衍生出的技術(shù)，該技術(shù)更看重電路和系統(tǒng)固件。一方面，實(shí)現(xiàn)功能的前提不是綜合功能電路，而是綜合整體固件電路，這項(xiàng)工作往往需要借助IP 技術(shù)開(kāi)展；另一方面，固件特性、功能模塊都會(huì)影響電路設(shè)計(jì)成果，但PCB 板電路分塊情況所能帶來(lái)影響可以忽略不計(jì)，這便是設(shè)計(jì)結(jié)果具有更為理想的電磁兼容性的原因。

■1.2 基本結(jié)構(gòu)

基于SOC 所設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，為嵌入結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供了便利，在實(shí)際操作時(shí)，技術(shù)人員只需先參考系統(tǒng)需求對(duì)內(nèi)核進(jìn)行選擇，再結(jié)合設(shè)計(jì)要求對(duì)IP 模塊進(jìn)行選擇，便可獲得相應(yīng)硬件結(jié)構(gòu)。其中，最具代表性的為智能電路技術(shù)，將SOC 與該技術(shù)相結(jié)合，可使系統(tǒng)固件特性得到充分實(shí)現(xiàn)，其性能自然更符合預(yù)期。事實(shí)證明，對(duì)SOC 加以應(yīng)用，對(duì)設(shè)計(jì)周期的縮短有顯著效果。

■1.3 設(shè)計(jì)思想

分布設(shè)計(jì)技術(shù)難以確保固件特性得到最優(yōu)呈現(xiàn)，究其根本在于該技術(shù)為綜合性技術(shù)，這就決定其要想使集成電路具有更多使用面，通常要考慮以下內(nèi)容：其一，確保各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ芸刂扑岢鲆蟮玫綕M足；其二，酌情擴(kuò)大關(guān)于技術(shù)指標(biāo)以及應(yīng)用功能的考慮范圍[2]。由此可見(jiàn)，集成電路只有對(duì)大量電路進(jìn)行附加，才能表現(xiàn)出理想的開(kāi)發(fā)性，固件特性分散的情況難以避免。

SOC 所遵循設(shè)計(jì)思想的核心為集成全系統(tǒng)固件，用戶可以根據(jù)自身需求，對(duì)嵌入結(jié)構(gòu)以及模塊進(jìn)行增刪或調(diào)整，既能夠使固件特性得到優(yōu)化，又省去了了解開(kāi)發(fā)定制電路所需技術(shù)和應(yīng)用方法的時(shí)間，在保證系統(tǒng)功能達(dá)到預(yù)期的基礎(chǔ)上，降低設(shè)計(jì)難度。

■1.4 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，技術(shù)人員進(jìn)行應(yīng)用電子設(shè)計(jì)相關(guān)工作的主要內(nèi)容均為集成電路，SOC 向技術(shù)人員呈現(xiàn)的是IP 庫(kù)，每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)所依托基礎(chǔ)均為IP 模塊，這也使得技術(shù)人員所扮演角色，由早期的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師轉(zhuǎn)變成為器件設(shè)計(jì)師。由于SOC 是基于IP 模塊所衍生出的技術(shù)，因此，對(duì)SOC 加以應(yīng)用的基礎(chǔ)自然是IP。

2 基于SOC 的單片機(jī)設(shè)計(jì)

作為當(dāng)代社會(huì)主流電子技術(shù)，單片機(jī)對(duì)獨(dú)立電子系統(tǒng)有重要意義，而固件特性的存在，使單片機(jī)成為SOC 技術(shù)應(yīng)用無(wú)法忽視的部分。

■2.1 嵌入技術(shù)

基于SOC 對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的流程如圖1 所示，接下來(lái)，筆者將對(duì)每一環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹：功能設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，技術(shù)人員應(yīng)對(duì)系統(tǒng)所表現(xiàn)出固件特性加以考慮，真正做到以固件特征為依托，對(duì)綜合功能進(jìn)行合理設(shè)計(jì)；IP 綜合環(huán)節(jié)所開(kāi)展工作，主要是基于IP 庫(kù)使系統(tǒng)功能得到實(shí)現(xiàn)；功能仿真則被用來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)要求是否實(shí)現(xiàn)進(jìn)行檢查；電路仿真所檢查內(nèi)容，通常為電路與設(shè)計(jì)指標(biāo)的契合度，這里所提到電路的基本單位為IP 模塊，需要尤為注意；產(chǎn)品測(cè)試是設(shè)計(jì)的最終環(huán)節(jié)，由專業(yè)人員以測(cè)試結(jié)果為依據(jù)，對(duì)技術(shù)參數(shù)加以調(diào)整，保證最終得出應(yīng)用參數(shù)有現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 設(shè)計(jì)過(guò)程

SOC 所提倡設(shè)計(jì)觀念不同與原有觀念，技術(shù)人員的設(shè)計(jì)對(duì)象，由電路芯片轉(zhuǎn)變?yōu)镮P 模塊庫(kù)，這也使得其無(wú)需在海量模塊電路中查找并確定系統(tǒng)所需芯片，而是以固件特性及系統(tǒng)功能為依據(jù)對(duì)IP 模塊進(jìn)行選擇即可。事實(shí)證明，上述方法使器件信息障礙被徹底消除，這是因?yàn)槊總€(gè)設(shè)計(jì)的本質(zhì)都是集成系統(tǒng)，用戶所扮演角色更像是制造集成電路的廠商。

在應(yīng)用技術(shù)持續(xù)發(fā)展的當(dāng)下，單片機(jī)已經(jīng)具備獨(dú)特且較為完善的常用嵌入結(jié)構(gòu)，各系列單片機(jī)形成方式均為嵌入輔助電路及CPU。對(duì)SOC 而言，單片機(jī)所提出嵌入結(jié)構(gòu)，對(duì)自身功能的發(fā)揮有無(wú)法被替代的作用?；赟OC 對(duì)嵌入結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其優(yōu)勢(shì)有目共睹，簡(jiǎn)單說(shuō)，就是技術(shù)人員無(wú)需花費(fèi)大量時(shí)間對(duì)單片機(jī)型號(hào)進(jìn)行選擇，只需結(jié)合系統(tǒng)特性及其功能需求，對(duì)CPU 內(nèi)核加以確定，再對(duì)配合IP 模塊進(jìn)行選擇，就能夠得到相應(yīng)的系統(tǒng)。由此可見(jiàn)，從某個(gè)層面來(lái)說(shuō)，SOC 使單片機(jī)擁有了更多可供選擇的技術(shù)，其生命力也因此而變得更加強(qiáng)大。

綜上，SOC 推動(dòng)了單片機(jī)技術(shù)革命的進(jìn)程，基于電子系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。

■2.2 系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

信息時(shí)代的顯著特征便是對(duì)電子技術(shù)加以運(yùn)用的領(lǐng)域持續(xù)拓寬，不同領(lǐng)域所提出要求往往有一定差異存在。以航空航天為例，該領(lǐng)域希望電子系統(tǒng)體積可得到壓縮，而信息領(lǐng)域的要求主要集中在個(gè)性化和多樣化方面，原有固件技術(shù)所能發(fā)揮作用十分有限。近幾年，民用領(lǐng)域逐漸將目光聚焦于個(gè)性化設(shè)計(jì)，不僅電子產(chǎn)品推陳出新的速度不斷加快，各類產(chǎn)品需要達(dá)到的要求也變得增加嚴(yán)格，這便是SOC 被提出的背景。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，受傳統(tǒng)觀念束縛，技術(shù)人員均認(rèn)為集成的前提是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行大批量生產(chǎn)，以電子系統(tǒng)為代表的小批量產(chǎn)品，往往更傾向于對(duì)固件/軟件+硬件/硬件加以應(yīng)用。SOC 的出現(xiàn)將原有格局打破，從技術(shù)人員的視角來(lái)看，SOC 可被用來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)且便捷的設(shè)計(jì)，真正做到經(jīng)由單片芯片，對(duì)嵌入結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)，由于墊片芯片價(jià)格較嵌入結(jié)構(gòu)更低，產(chǎn)品成本自然會(huì)大幅降低。

通過(guò)上文的分析可知，SOC 基礎(chǔ)為IP，這也決定了只有借助EDA 軟件，才能使設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，相較于并未對(duì)EDA 等軟件提出嚴(yán)格要求的原有設(shè)計(jì)技術(shù)，SOC 對(duì)EDA 的依賴性更強(qiáng)，以智能溫控系統(tǒng)為例，SOC 需要將借助某個(gè)芯片對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的前提是對(duì)電路做綜合處理，EDA 的價(jià)值有目共睹。

另外，從理論上說(shuō)，有外部系統(tǒng)總線存在的單片機(jī)應(yīng)用，通常不屬于單片機(jī)。由此可見(jiàn)，在展開(kāi)設(shè)計(jì)工作時(shí)，有關(guān)人員應(yīng)考慮兩方面內(nèi)容，分別是①如何使資源得到充分利用②如何避免外部總線形成。例如，對(duì)傳感測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，常規(guī)方案是以單片機(jī)特點(diǎn)為依據(jù)，對(duì)外部總線加以確定，系統(tǒng)過(guò)于龐大的問(wèn)題難以避免[3]。而引入SOC，系統(tǒng)對(duì)外部總線的依賴減弱，技術(shù)人員可去除單片機(jī)內(nèi)無(wú)用資源，僅對(duì)功能模塊進(jìn)行保留，如圖2 所示。

圖2 不同設(shè)計(jì)方法示意圖

通過(guò)圖2 所傳遞信息可知，如何使資源得到充分利用的問(wèn)題迎刃而解，技術(shù)人員可以視情況對(duì)電路加以選擇并應(yīng)用。另外，SOC 還將有精密調(diào)整需求的前置電路集中安放在了固定芯片內(nèi)，這樣設(shè)計(jì)所帶來(lái)積極影響，主要是調(diào)試PCB 板的工作量大幅減少。在“系統(tǒng)單片化是單片機(jī)基本屬性”這一視域下，該系統(tǒng)更像是具有完善功能的單片機(jī)系統(tǒng)，基于該系統(tǒng)所開(kāi)展測(cè)試和調(diào)試工作，自然不再適用于傳統(tǒng)方法，這也表明該系統(tǒng)已成為可對(duì)混合信號(hào)進(jìn)行模擬與處理的全新系統(tǒng)。由此可見(jiàn)，對(duì)SOC 加以應(yīng)用，加快了單片機(jī)系統(tǒng)集成的發(fā)展速度。

3 結(jié)論

1997 年誕生至今，SOC 始終是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，對(duì)其的研究從未停止。在SOC 已經(jīng)成為主流電子技術(shù)的當(dāng)下，受其影響較深的單片機(jī)，正由早期的定制系統(tǒng)向嵌入系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)變。從技術(shù)人員的視角來(lái)看，這一變化所帶來(lái)影響，主要是需要重新思索設(shè)計(jì)模式及策略，只有基于SOC 開(kāi)展相關(guān)工作，才能不斷擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍，并使其擁有更加良好的發(fā)展前景。