回顾计算机发展史,计算机技术发展与集成电路技术发展紧密相关。半个多世纪以来,计算机发展主要经历了真空管、晶体管、集成电路、微处理器等时代。目前IC设计产业中出现了系统设计和IP核设计的分工,形成了以SoC技术为主导的无芯片(Chipless)设计方式,从而进入SoC时代,这将对计算机控制技术发展产生深远的影响。
SoC芯片设计开发是一项复杂的系统工程,不仅需要性能满足特定的需求,还要有很好的应用解决方案和配套软件。SoC品种日益繁多,在关注面积、延迟、功耗的基础上,设计目标在向高成品率、高可靠性、低EMI噪声、低成本、高易用性等方面转移,这将使系统级集成能力快速发展。SoC的技术发展趋势是异构、多核、可重构,而SoC和MEMS、SiP技术的融合体现了跨学科发展的研究成果,必将带来一场新的信息技术革命。
当前,全球范围内的SoC设计已展开激烈的竞争。在国际上,基于x86架构的SoC的产品有AMD公司的Geode系列产品SC2200；基于ARM架构的SoC数不胜数,如Sharp的LH7A400,Samsung的S3C44AOA等；基于MIPS架构的产品主要有AMDAu1000、Au1500等；基于类指令的产品,如Crusoe TM5800。中国本土的SoC研制开发者主要基于MIPS架构和类指令,如中科院计算技术研究所的“聚芯”SoC、北京大学的 “众志”、国芯C*Core等,提供了面向不同应用领域的解决方案。中科亿芯信息技术有限公司的“聚芯SoC-1000”产品在前代产品基础上增加了USB、PS/2、AC’97等部件,并支持NAND Flash、STN LCD等接口,在动态变频范围和可重构性上有了鲜明技术特点,后经严格测试,“聚芯SoC-1000”达到产品化要求,2007年6月聚芯SoC产品开始真正实现市场化。
SoC-1000的技术特点
聚芯SoC是异构多核(含DSP处理功能)可重构的低功耗中高端SoC产品,拥有10多项专利技术。中科院组织了“聚芯SoC片上系统”技术成果鉴定会,鉴定结论表明“聚芯SoC1000片上系统在总线架构技术、动态变频技术、动态优先级自调整仲裁技术、自适应门控技术、ASIC可重构技术等方面有自主创新,在SoC设计技术上已达到国际先进水平,居国内SoC芯片研制领先地位,具有自主知识产权”。
聚芯SoC能使计算机控制系统实现单芯片化(见表1),支持WindowCE、Linux、VxWorks等操作系统,支持在线烧写、调试工作(eJTAG)。除了多核和可重构特点外,还具有高可靠性、高实时性、高效率、低功耗管理以及防病毒攻击等特点。系统可动态配置各种时钟频率,功能部件可灵活开启/关闭,待机功耗极低,在性能上与国际中高端SoC芯片(如SiS550, Au1500,Crusoe TM5400,Geode Gxi,Xscale,PXA270,S3C2440等)相当。
聚芯SoC应用多样化,允许灵活配置,如SDRAM 32位/64位可选,LCD TFT/STN可选,NOR Flash/NAND Flash可选,此外,还具有很强的可扩展性,不仅有MAC、USB、UART、PS/2等外设接口,而且有PCI2.2、Local Bus等总线接口,其中Local Bus总线既可兼容ISA总线,又方便SRAM/FLASH/IO/CF+等设备的扩展,给系统设计人员留有极大的发展空间,拓展了芯片应用领域。
基于SoC-1000B的低成本计算机系统
图1是基于聚芯SoC-1000B的低成本计算机系统框图,成本只有400元人民币(不含显示器)。主要指标包括:主频300MHz(带浮点部件、媒体处理部件)、64MB主存、1GB Flash,功耗1.5W；支持多种TFT显示,最高分辨率1280×1024(24位)；此外还支持100M以太网、USB2.0、串口、并口、键盘/鼠标、AC’97、SD卡等设备；支持WinCE、Linux、VxWorkS等操作系统。
图1: 基于SoC-1000B的低成本计算机系统。
聚芯SoC-1000B由L*BUS总线、龙芯CPU/DSP核、常规南北桥功能部件和高效显示设备等组成,自身是一个典型的计算机系统。L*BUS总线由AXB、OEB、DCB等三级总线构成,采用双沿(上/下沿)技术,实现快速总线交易,DCB独立于AXB、OEB总线,不参与总线竞争,可实时控制设备,提高了系统实时性,此外变频灵活和部件可关闭性好,节能可以精细化。
表1:芯片技术指标
本文小结
聚芯SoC-1000集成有南北桥的常规功能及超强的显示功能,功耗为0.01~0.5W,采用BGA388封装(27mm×27mm)、LQFP256、LQFP144等三种封装形式,以满足不同用户群需求。SoC-1000可单芯片构造计算机应用系统,能从NAND Flash、网线或U盘启动操作系统,,可广泛应用于数控、电子政务、终端机、实时监控、身份识别、电子导航、工控设备、瘦客户机、医疗设备等专业计算机应用系统中。
除了适用于军工/工控产品外,聚芯SoC还适合高校的计算机组成原理教学试验,帮助学生加深对计算机体系结构的理解,提高动手设计能力与编程能力,全方位提高计算机系统把握能力。聚芯SoC不断集成先进的IP技术,往聚芯SoC-2000、聚芯SoC-3000系列化发展。
作者:张志敏
总裁
北京中科亿芯信息技术有限公司
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