הבית > תערוכה > תוכן

מערכת על שבב (SoCs) מבנה

Mar 08, 2019

חברת SoC מורכבת מחבילות פונקציונאליות של חומרה, כולל מיקרו-מעבדים המפעילים קוד תוכנה, וכן תת-תקשורת של תקשורת לחיבור, בקרה, ישיר וממשק בין המודולים התפקודיים האלה.


רכיבים פונקציונליים

ליבות מעבד

ה- SoC חייב להיות לפחות ליבת מעבד אחת, אבל בדרך כלל ל- SoC יש יותר מליבה אחת. ליבות מעבד יכולות להיות מיקרו-בקר, מיקרו-מעבד (μP), מעבד אותות דיגיטלי (DSP) או ליבה ספציפית ליישום (ASIP). ל- ASIP יש ערכות הוראה המותאמות אישית לתחום יישומים ומעוצבות באופן יעיל יותר מאשר הוראות כלליות עבור סוג מסוים של עומס עבודה. למעבדים מרובי-מעבדים יש יותר מאשר ליבת מעבד אחת.


אם ליבה אחת, ליבות מרובות ליבות או רבים, ליבות מעבד SoC בדרך כלל להשתמש ארכיטקטורות RISC להגדיר הוראה. ארכיטקטורות RISC הן יתרון על מעבדים CISC עבור מערכות על שבב כי הם דורשים פחות ההיגיון הדיגיטלי, ולכן פחות כוח ושטח על הלוח, ובשוק המחשוב מוטבע וניידים, אזור הכוח הם לעתים קרובות מוגבל מאוד. בפרט, ליבות מעבד SoC משתמשות לעתים קרובות בארכיטקטורת ARM משום שהוא מעבד רך שצוין כקורא IP ויעיל יותר מ - x86.


זכרונות

מידע נוסף: זיכרון מחשב

מערכות על שבב חייב להיות בלוקים זיכרון מוליכים למחצה לבצע החישוב שלהם, כמו לעשות microcontrollers ומערכות משובצות אחרות. בהתאם ליישום, זיכרון SoC עשוי ליצור היררכית זיכרון והיררכיית מטמון. בשוק המחשבים הניידים, זה נפוץ, אבל במיקרו-בקרים משובצים רבים של הספק נמוך, זה לא הכרחי.


טכנולוגיות זיכרון עבור SoCs כוללות זיכרון לקריאה בלבד (ROM), זיכרון גישה אקראית (RAM), זיכרון הניתן למחיקה אלקטרונית הניתן למחיקה (EEPROM) וזיכרון פלאש. כמו במערכות מחשב אחרות, ניתן לחלק את ה- RAM לזיכרון RAM סטאטי מהיר יחסית אך יקר יותר (SRAM) ולרמת זיכרון דינמית איטית אך זולה יותר (DRAM). כאשר ל - SoC יש היררכיית מטמון, SRAM ישמש בדרך כלל ליישום רישומי מעבדים ומחסני L1 של הליבות בעוד ש- DRAM ישמש לרמות נמוכות יותר של היררכיית המטמון, כולל הזיכרון הראשי. "זיכרון ראשי" עשוי להיות ספציפי למעבד יחיד (שיכול להיות רב ליבה) כאשר ה- SoC יש מעבדים מרובים, ובמקרה זה הוא מופץ זיכרון ויש לשלוח באמצעות § Intermodule תקשורת על שבב להיות נגיש על ידי שונות מעבד. [11] לעיון נוסף בבעיות בזיכרון מרובות-עיבוד, ראה את עקביות המטמון ואת זמן האחזור של הזיכרון.


ממשקים

SOCs כוללים ממשקים חיצוניים, בדרך כלל עבור פרוטוקולי תקשורת. אלה מבוססים לעתים קרובות על תקני התעשייה כגון USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I²C, וכו 'ממשקים אלה יהיו שונים בהתאם ליישום המיועד. כמו כן, ניתן לתמוך בפרוטוקולי רשת אלחוטית כגון Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN ותקשורת ליד שדה.


במידת הצורך, SoCs כוללים ממשקים אנלוגיים, כולל ממירי אנלוגי לדיגיטלי וממיר דיגיטלי לאנלוגי, לעתים קרובות לעיבוד אותות. אלה עשויים להיות מסוגלים ממשק עם סוגים שונים של חיישנים או actuators, כולל מתמרים חכמים. הם עשויים להתממשק עם מודולים או יישומים מוגדרים ליישום. [Nb 5] או שהם עשויים להיות פנימיים ל- SoC, כגון אם חיישן אנלוגי מובנה ל- SoC ויש צורך להמיר את הקריאות שלו לאותות דיגיטליים לעיבוד מתמטי.


מעבדי אותות דיגיטליים

מעבדי אותות דיגיטליים (DSP) נכללים לעתים קרובות במערכות שבב. הם מבצעים פעולות עיבוד אותות במערכות על שבב עבור חיישנים, actuators, איסוף נתונים, ניתוח נתונים ועיבוד מולטימדיה. ליבות DSP כוללות בדרך כלל תורת הוראה ארוכה (VLIW) והוראה יחידה, ארכיטקטורות של מספר רב של נתונים (SIMD), ולכן הן מקובלות במידה רבה על מנת לנצל את ההקבלה ברמת ההוראה באמצעות עיבוד מקבילי וביצוע על-גבי-על. ליבות DSP בדרך כלל תכונה הוראות ספציפיות ליישום, וככזה הם בדרך כלל יישום ספציפי ספציפיות הוראה מעבדים (ASIP). הוראות ספציפיות ליישום מתאימות ליחידות פונקציונליות ייעודיות לחומרה המחשבות הוראות אלה.


הוראות DSP אופייניות כוללות צבירת הכפל, התמרת Fast Fourier, התמזגות מתרבתות, והתערבויות.


אחר

כמו עם מערכות מחשב אחרות, SoCs דורשים תזמון מקורות כדי לייצר אותות שעון, בקרת ביצוע של פונקציות SoC ולספק הקשר זמן ליישומי עיבוד אותות של SoC, במידת הצורך. מקורות זמן פופולריים הם מתנדים קריסטל ו-נעולים שלב לולאות.


ציוד היקפי על גבי שבב מערכת, כולל טיימרים, טיימרים בזמן אמת וגנרטורים לאתחול כוח. SOCs כוללים גם הרגולטורים מתח ומעגלים וניהול צריכת חשמל.