可編程SoC(SoPC)

SOPC ( System on a Programmable Chip，片上可編程系統(tǒng))是以PLD(可編程邏輯器件)取代ASIC(專用集成電路)，更加靈活、高效的技術(shù)SOC (System On Chip)解決方案。SOPC代表一種新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，也是一種初級(jí)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)。 

與 SOC 技術(shù)相比，集成電路只有安裝在整機(jī)系統(tǒng)中才能發(fā)揮它的作用。IC芯片是通過(guò)印刷電路板(PCB)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的。盡管芯片的速度可以很高，功耗可以很小，但由于PCB板中芯片之間的連線延時(shí)、PCB板的可靠性及重量等因素的限制，整機(jī)系統(tǒng)的性能受到了很大的限制。 

而 SOC 技術(shù)的產(chǎn)生基礎(chǔ)是由于隨著半導(dǎo)體工藝水平的不斷進(jìn)步，使器件特征尺寸越來(lái)越小，芯片集成規(guī)模越來(lái)越大，數(shù)百萬(wàn)門(mén)級(jí)電路可以集成在一個(gè)芯片上。多種兼容工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)，使差別很大的不同種器件可在同一個(gè)芯片上集成，把功能復(fù)雜的智能核（處理器)和數(shù)字邏輯電路集成到同一個(gè)芯片上，做成一個(gè)完整的單芯片電子系統(tǒng)，形成SOC器件。 

SOC技術(shù)的研究、應(yīng)用和發(fā)展是微電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新的里程碑。SOC能提供更好的性能、更低的功耗、更小的印制板(PCB)空間和更低的成本，帶來(lái)了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的革命性新變革，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)和手持電子產(chǎn)品等。SOC是21世紀(jì)電子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的新平臺(tái)。 

SOC從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機(jī)制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路，直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來(lái)，在單個(gè)(或少數(shù)幾個(gè))芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。SOC的設(shè)計(jì)以IP核為基礎(chǔ)，以硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)的主要描述手段，借助于以計(jì)算機(jī)外平臺(tái)的EDA工具進(jìn)行。研究表明，與IC組成的系統(tǒng)相比，由于SOC設(shè)計(jì)能夠綜合并全盤(pán)考慮整個(gè)系統(tǒng)的各種情況，因而可以在同樣的工藝技術(shù)條件下，實(shí)現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標(biāo)。SOC技術(shù)，也大大促進(jìn)了軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化的發(fā)展。 

SOPC的產(chǎn)生與基本原理 

SOPC是 Altera公司提出來(lái)的一種SOC解決方案。它將處理器、存儲(chǔ)器、I/O口、LVDS、CDR等系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要的功能模塊集成到一個(gè)PLD器件上，構(gòu)建成一個(gè)可編程的片上系統(tǒng)。它是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能?？删幊唐骷?nèi)，還具有小容量高速RAM資源。由于市場(chǎng)上有豐富的IPCore資源可供靈活選擇，用戶可以構(gòu)成各種不同的系統(tǒng)，如單處理器、多處理器系統(tǒng)。有些可編程器件內(nèi)還可以包含部分可編程模擬電路。除了系統(tǒng)使用的資源外，可編程器件內(nèi)還具有足夠的可編程邏輯資源，用于實(shí)現(xiàn)其他的附加邏輯。 

SOPC 的基本特征:至少含有一個(gè)嵌入式處理器內(nèi)核;具有小容量片內(nèi)高速RAM資源:豐富的IP Core資源可供選擇;足夠的片上可編程邏輯資源;處理器調(diào)試接口和FPGA編程接口等。 

SOPC 技術(shù)成為一個(gè)設(shè)計(jì)主流的原因主要有以下幾點(diǎn): 

1、運(yùn)用嵌入的NIOS軟核。對(duì)于NIOS軟核，由于它是可配置的，所以還可以應(yīng)用于Altera公司任何其他的FPGA芯片上。 

2, NIOS可配置為32位或16位的CPU，使設(shè)計(jì)人員能夠在速度與占有資源上做出最優(yōu)選擇。 

3, NIOS帶有大量的外設(shè)和接口庫(kù)，如UART、時(shí)鐘、DMA,SDRAM。并行IIO等。這些特點(diǎn)使得設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單化，提供了設(shè)計(jì)可靠性，降低了設(shè)計(jì)成本。 

4、采用先進(jìn)的EDA開(kāi)發(fā)I具，如Altera公司的QuatusII，以及SOPC Builder的出現(xiàn)，極大地提高了開(kāi)發(fā)人員的工作效率。SOPC Builder是一個(gè)自動(dòng)化的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，它能夠極大地簡(jiǎn)化高性能SOPC的設(shè)計(jì)工作。該工具可以自動(dòng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)中的系統(tǒng)定義和集成過(guò)程，從而大大縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間，采用SOPC Builder，設(shè)計(jì)人員能夠在一個(gè)工具內(nèi)定義一個(gè)從硬件到軟件的完整系統(tǒng)，而花費(fèi)的時(shí)間僅僅是傳統(tǒng)SOC設(shè)計(jì)的幾分之一。SOPC Builder內(nèi)建的IP核庫(kù)是業(yè)界領(lǐng)先的Open Core Plus版的NIOS嵌入軟核處理器。 

5、 知識(shí)產(chǎn)權(quán)得到重視，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)人員以“IP核設(shè)計(jì)及復(fù)用”，的方式對(duì)現(xiàn)在的IP核加以充分利用，從而提高他們的設(shè)計(jì)效率并縮短上市時(shí)間。 

6、 由于連接延遲時(shí)間的縮短，SOPC可以提供增強(qiáng)的性能，而且由于封裝體積的減小，產(chǎn)品尺寸也減小了。 SOPC 是PLD和ASIC技術(shù)融合的結(jié)果，目前0.13μm的ASIC產(chǎn)品制造價(jià)格仍然相當(dāng)昂貴，而集成了硬核或軟核CPU、DSP、存儲(chǔ)器、外圍I/O及可編程邏輯的SOPC芯片在應(yīng)用的靈活性和價(jià)格上有極大的優(yōu)勢(shì)。SOPC技術(shù)，同目前流行的ARM系列IC不同，它是軟件、硬件都可裁減的，是完全意義上的嵌入式系統(tǒng)。所以，專家認(rèn)為SOPC代表了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向。