以soc為中心的多學(xué)科融合與滲透

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1、以SoC為中心的多學(xué)科融合與滲透

2、第1摘要：SoC是多個(gè)學(xué)科追求的目標(biāo)。文中圍繞SoC的學(xué)科交*情況、各學(xué)科的滲透與交融，提出單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)部門(mén)如何為SoC化作好技術(shù)準(zhǔn)備，微電子技術(shù)如何從半導(dǎo)體領(lǐng)域走向?qū)ο箢I(lǐng)域；探討我國(guó)MCU嵌入式應(yīng)用SoC化面臨的問(wèn)題?！　oC(SystemonChip)是指以嵌入式系統(tǒng)為核心，集軟、硬件于一體，并追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件，是目前嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的熱門(mén)話題。電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師、微電子IC設(shè)計(jì)工程師、計(jì)算機(jī)專業(yè)人士都在議論與研究。SoC的成功實(shí)現(xiàn)了要求多學(xué)科的協(xié)作與融合。一、SoC的多學(xué)科交*　　圖1展

3、現(xiàn)了以SoC為中心，多學(xué)科交融、滲透的關(guān)系。SoC是微電子學(xué)科、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)。計(jì)算機(jī)學(xué)科全力加速這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化則以半定制方式實(shí)現(xiàn)SoC或?yàn)槲㈦娮覫C設(shè)計(jì)的SoC解決方案做前期準(zhǔn)備工作。500)this.style.ouseg(this)">圖1　　1.SoC是微電子領(lǐng)域IC設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)　　IC產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了電路集成、功能集成、技術(shù)集成，直到今天基于計(jì)算機(jī)軟硬件的知識(shí)集成，其目標(biāo)就是將電子產(chǎn)品系統(tǒng)電路不斷集成到芯片中去，力圖吞噬整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)。單芯片的嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)，以單個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品系統(tǒng)不僅僅限于硬件系統(tǒng)，而是一

4、個(gè)帶有柔性性能的軟、硬件集合體的電子系統(tǒng)?！　?.SoC是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的最佳選擇　　嵌入式系統(tǒng)，特別是MCU的出現(xiàn)與普及，使傳統(tǒng)電子系統(tǒng)全面進(jìn)入了現(xiàn)代電子系統(tǒng)。作為電子系統(tǒng)追求的目標(biāo)就是最大限度地簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，并獲得整體產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性、精度、穩(wěn)定性等品質(zhì)指標(biāo)。SoC將電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性、低功耗性等都解決在IC設(shè)計(jì)之中，把過(guò)去許多需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決的問(wèn)題集中在IC設(shè)計(jì)中解決。系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師可集中精力研究對(duì)象領(lǐng)域中的諸問(wèn)題。SoC是現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最佳選擇?！　?.SoC軟件平臺(tái)的計(jì)算機(jī)專業(yè)介入　　早期的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用完全依賴計(jì)算機(jī)專業(yè)人員

5、，而單片機(jī)出現(xiàn)后，則以裸機(jī)形式拋給了對(duì)象應(yīng)用領(lǐng)域的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員。在傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員很快地掌握了嵌入式系統(tǒng)及外圍接口電路設(shè)計(jì)。然而，基于匯編語(yǔ)言的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)則形成了隨意性設(shè)計(jì)模式。在產(chǎn)品硬件電路走向SoC時(shí)代，突出了軟件開(kāi)發(fā)的比重后，對(duì)象領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員有力不從心之感。要大力提高單片機(jī)領(lǐng)域中應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)水平，必須有計(jì)算機(jī)專業(yè)人士介入，提供良好的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和嵌入式操作系統(tǒng)。　　4.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化為SoC另辟蹊徑　　在MCU推出稍后，IC設(shè)計(jì)推出了半定制的ASIC解決辦法，這就是各種類型的可編程邏輯器件。中期的可編程邏輯器件是作為M

6、CU應(yīng)用系統(tǒng)的一種補(bǔ)充手段，即非標(biāo)準(zhǔn)電路的替代性設(shè)計(jì)。隨著超大規(guī)模邏輯器件及邏輯設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展，F(xiàn)PGA、EPLD便成為SoC半定制設(shè)計(jì)或全定制ASIC前期設(shè)計(jì)的一種手段。二、SoC使微電子從半導(dǎo)體領(lǐng)域走向?qū)ο箢I(lǐng)域　　1.IC從電路集成到知識(shí)集成　　相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，IC設(shè)計(jì)從事于基礎(chǔ)的模擬電路與數(shù)字電路集成，IC設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在半導(dǎo)體物理與半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域。IC設(shè)計(jì)進(jìn)入功能集成、技術(shù)集成后，要解決許多對(duì)象領(lǐng)域的技術(shù)內(nèi)容，如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)IC要解決寬量程輸入的增益控制、非線性修正、零點(diǎn)校準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)信號(hào)采樣/保持等；進(jìn)入SoC后，在硬件體系中，除了考慮基本功能

7、電路外，還必須考慮為滿足可靠性、控制、低功耗管理要求的電路配置，還須有應(yīng)用軟件的嵌入。這就要求IC設(shè)計(jì)隊(duì)伍與對(duì)象領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域的融合?！　?.SoC是微電子部門(mén)的主體產(chǎn)業(yè)　　SoC雖然是多學(xué)科的融合，但主體在微電子產(chǎn)業(yè)部門(mén)。這是因?yàn)镾oC是集成電路從電路集成、功能集成、技術(shù)集成到知識(shí)集成逐步發(fā)展的結(jié)果。除了SoC的功能性設(shè)計(jì)必須依賴對(duì)象領(lǐng)域外，系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)、功耗管理設(shè)計(jì)等許多原先是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮的問(wèn)題，在超大規(guī)模集成電路以及后期的MCU設(shè)計(jì)中都得到了綜合的解決。　　3.SoC使IC設(shè)計(jì)走上綜合技術(shù)設(shè)計(jì)之路　　SoC使系統(tǒng)以集成形態(tài)直

8、接推向產(chǎn)品系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，最終電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員不再介入系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。這樣一來(lái)，原有的IC產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)部門(mén)應(yīng)有通曉對(duì)象領(lǐng)域要求的專家介入。由于SoC的柔性特性，SoC硬件中要解決的并非單個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)中的特殊問(wèn)題。SoC趨于通用化的產(chǎn)品系統(tǒng)解決，有利于以微電子部門(mén)為主體的解決。三、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)SoC化的技術(shù)準(zhǔn)備　　1.從SSN設(shè)計(jì)走向平臺(tái)模式　　立即從隨意性的軟、硬件設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)入標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、規(guī)范化(SSN)設(shè)計(jì)中，并按照MCU應(yīng)用系統(tǒng)的柔性特征建立起平臺(tái)模式的開(kāi)發(fā)平臺(tái)及標(biāo)準(zhǔn)軟、硬件庫(kù)。只有這樣才能與微電子SoC發(fā)展相接軌。　　2.創(chuàng)建為SoC服務(wù)的集成知

9、識(shí)設(shè)計(jì)　　我國(guó)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域10多年來(lái)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)歷程，積累了豐富的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的硬件、軟件成果。這些成果對(duì)于SoC的軟、硬件設(shè)計(jì)以及S