SOC與單片機應用技術分析

邢潔林

（江蘇省陶都中等專業學校，江蘇宜興，214221）

0 引言

研究表明，在電子技術剛進入軟件+硬件的階段時，單片機就已經成為其不可缺少的一部分，而進入固件階段后，對固件系統有重要意義的單片機，又基于嵌入技術使自身煥發出了更強大生命力，SOC 技術應此而具備了持續發展的條件。由此可見，對二者進行研究很有必要，有關人員應對此引起重視。

1 SOC 技術應用分析

SOC 是固件化水平和集成化水平極高的一種技術，基于SOC對系統進行設計，通常需要將電子系統集成在某個芯片上，僅有不具備繼承條件的機械部分和外部電路仍保留原有形態。

■1.1 核心技術

由常規理念指導開展電子系統設計工作，通常要以設計對功能模塊所提出要求為依據，綜合設計整個系統，簡單說，就是先確定與設計要求相符的電路，再結合技術指標對電路參數以及連接形式加以確定，而最終所得到系統的特點，主要是器件分布和功能集成[1]。要想使設計結果與要求相符，一方面要考慮電路芯片參數，另一方面要考慮PCB 電磁兼容性。此外，要想使系統呈現出更為理想的數字化水平，還要對單片機加以應用，分布系統給電路固件所帶來影響，自然也在考慮范圍內。

SOC 對電子系統進行設計所參考依據，同樣為參數要求及功能要求，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，而是基于功能IP 所衍生出的技術，該技術更看重電路和系統固件。一方面，實現功能的前提不是綜合功能電路，而是綜合整體固件電路，這項工作往往需要借助IP 技術開展；另一方面，固件特性、功能模塊都會影響電路設計成果，但PCB 板電路分塊情況所能帶來影響可以忽略不計，這便是設計結果具有更為理想的電磁兼容性的原因。

■1.2 基本結構

基于SOC 所設計電子系統，為嵌入結構的實現提供了便利，在實際操作時，技術人員只需先參考系統需求對內核進行選擇，再結合設計要求對IP 模塊進行選擇，便可獲得相應硬件結構。其中，最具代表性的為智能電路技術，將SOC 與該技術相結合，可使系統固件特性得到充分實現，其性能自然更符合預期。事實證明，對SOC 加以應用，對設計周期的縮短有顯著效果。

■1.3 設計思想

分布設計技術難以確保固件特性得到最優呈現，究其根本在于該技術為綜合性技術，這就決定其要想使集成電路具有更多使用面，通常要考慮以下內容：其一，確保各應用領域對功能控制所提出要求得到滿足；其二，酌情擴大關于技術指標以及應用功能的考慮范圍[2]。由此可見，集成電路只有對大量電路進行附加，才能表現出理想的開發性，固件特性分散的情況難以避免。

SOC 所遵循設計思想的核心為集成全系統固件，用戶可以根據自身需求，對嵌入結構以及模塊進行增刪或調整，既能夠使固件特性得到優化，又省去了了解開發定制電路所需技術和應用方法的時間，在保證系統功能達到預期的基礎上，降低設計難度。

■1.4 設計基礎

在很長一段時間內，技術人員進行應用電子設計相關工作的主要內容均為集成電路，SOC 向技術人員呈現的是IP 庫，每個設計環節所依托基礎均為IP 模塊，這也使得技術人員所扮演角色，由早期的系統設計師轉變成為器件設計師。由于SOC 是基于IP 模塊所衍生出的技術，因此，對SOC 加以應用的基礎自然是IP。

2 基于SOC 的單片機設計

作為當代社會主流電子技術，單片機對獨立電子系統有重要意義，而固件特性的存在，使單片機成為SOC 技術應用無法忽視的部分。

■2.1 嵌入技術

基于SOC 對電子系統進行設計的流程如圖1 所示，接下來，筆者將對每一環節進行詳細介紹：功能設計環節，技術人員應對系統所表現出固件特性加以考慮，真正做到以固件特征為依托，對綜合功能進行合理設計；IP 綜合環節所開展工作，主要是基于IP 庫使系統功能得到實現；功能仿真則被用來對設計要求是否實現進行檢查；電路仿真所檢查內容，通常為電路與設計指標的契合度，這里所提到電路的基本單位為IP 模塊，需要尤為注意；產品測試是設計的最終環節，由專業人員以測試結果為依據，對技術參數加以調整，保證最終得出應用參數有現實意義。

圖1 設計過程

SOC 所提倡設計觀念不同與原有觀念，技術人員的設計對象，由電路芯片轉變為IP 模塊庫，這也使得其無需在海量模塊電路中查找并確定系統所需芯片，而是以固件特性及系統功能為依據對IP 模塊進行選擇即可。事實證明，上述方法使器件信息障礙被徹底消除，這是因為每個設計的本質都是集成系統，用戶所扮演角色更像是制造集成電路的廠商。

在應用技術持續發展的當下，單片機已經具備獨特且較為完善的常用嵌入結構，各系列單片機形成方式均為嵌入輔助電路及CPU。對SOC 而言，單片機所提出嵌入結構，對自身功能的發揮有無法被替代的作用。基于SOC 對嵌入結構進行設計，其優勢有目共睹，簡單說，就是技術人員無需花費大量時間對單片機型號進行選擇，只需結合系統特性及其功能需求，對CPU 內核加以確定，再對配合IP 模塊進行選擇，就能夠得到相應的系統。由此可見，從某個層面來說，SOC 使單片機擁有了更多可供選擇的技術，其生命力也因此而變得更加強大。

綜上，SOC 推動了單片機技術革命的進程，基于電子系統對產品進行開發與設計的時代已經來臨。

■2.2 系統優化技術

信息時代的顯著特征便是對電子技術加以運用的領域持續拓寬，不同領域所提出要求往往有一定差異存在。以航空航天為例，該領域希望電子系統體積可得到壓縮，而信息領域的要求主要集中在個性化和多樣化方面，原有固件技術所能發揮作用十分有限。近幾年，民用領域逐漸將目光聚焦于個性化設計，不僅電子產品推陳出新的速度不斷加快，各類產品需要達到的要求也變得增加嚴格，這便是SOC 被提出的背景。在很長一段時間內，受傳統觀念束縛，技術人員均認為集成的前提是對產品進行大批量生產，以電子系統為代表的小批量產品，往往更傾向于對固件/軟件+硬件/硬件加以應用。SOC 的出現將原有格局打破，從技術人員的視角來看，SOC 可被用來對系統進行經濟且便捷的設計，真正做到經由單片芯片，對嵌入結構加以實現，由于墊片芯片價格較嵌入結構更低，產品成本自然會大幅降低。

通過上文的分析可知，SOC 基礎為IP，這也決定了只有借助EDA 軟件，才能使設計技術優勢得到充分發揮，相較于并未對EDA 等軟件提出嚴格要求的原有設計技術，SOC 對EDA 的依賴性更強，以智能溫控系統為例，SOC 需要將借助某個芯片對系統進行集成，實現該目標的前提是對電路做綜合處理，EDA 的價值有目共睹。

另外，從理論上說，有外部系統總線存在的單片機應用，通常不屬于單片機。由此可見，在展開設計工作時，有關人員應考慮兩方面內容，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，對傳感測試系統進行設計時，常規方案是以單片機特點為依據，對外部總線加以確定，系統過于龐大的問題難以避免[3]。而引入SOC，系統對外部總線的依賴減弱，技術人員可去除單片機內無用資源，僅對功能模塊進行保留，如圖2 所示。

圖2 不同設計方法示意圖

通過圖2 所傳遞信息可知，如何使資源得到充分利用的問題迎刃而解，技術人員可以視情況對電路加以選擇并應用。另外，SOC 還將有精密調整需求的前置電路集中安放在了固定芯片內，這樣設計所帶來積極影響，主要是調試PCB 板的工作量大幅減少。在“系統單片化是單片機基本屬性”這一視域下，該系統更像是具有完善功能的單片機系統，基于該系統所開展測試和調試工作，自然不再適用于傳統方法，這也表明該系統已成為可對混合信號進行模擬與處理的全新系統。由此可見，對SOC 加以應用，加快了單片機系統集成的發展速度。

3 結論

1997 年誕生至今，SOC 始終是人們關注的焦點，對其的研究從未停止。在SOC 已經成為主流電子技術的當下，受其影響較深的單片機，正由早期的定制系統向嵌入系統進行轉變。從技術人員的視角來看，這一變化所帶來影響，主要是需要重新思索設計模式及策略，只有基于SOC 開展相關工作，才能不斷擴大單片機的應用范圍，并使其擁有更加良好的發展前景。