20-09-2023
Система на кристалле (однокристальная система) — в микроэлектронике — электронная схема, выполняющая функции целого устройства (например, компьютера) и размещенная на одной интегральной схеме.
В англоязычной литературе называется System-on-a-Chip, SoC.
В зависимости от назначения она может оперировать как цифровыми сигналами, так и аналоговыми, аналого-цифровыми, а также частотами радиодиапазона. Как правило, применяются в портативных и встраиваемых системах.
Если разместить все необходимые цепи на одном полупроводниковом кристалле не удается, применяется схема из нескольких кристаллов, помещенных в единый корпус (System in a package, SiP). SoC считается более выгодной конструкцией, так как позволяет увеличить процент годных устройств при изготовлении и упростить конструкцию корпуса.
Содержание |
Типичная SoC содержит:
Блоки могут быть соединены с помощью шины собственной разработки или стандартной конструкции, например AMBA в чипах компании ARM. Если в составе чипа есть контроллер прямого доступа к памяти (ПДП), то с его помощью можно заносить данные с большой скоростью из внешних устройств напрямую в память чипа, минуя процессорное ядро.
Для функционирования системы программное обеспечение не менее важно, чем аппаратное. Разработка, как правило, ведётся параллельно. Аппаратная часть собирается из стандартных отлаженных блоков, для сборки программной части используются готовые драйверы. Применяются средства автоматизации разработки CAD и интегрированные программные оболочки.
Для того, чтобы удостовериться в правильной работе созданной комбинации блоков, драйверы и программу загружают в эмулятор аппаратной части (микросхему с программируемыми цепями, FPGA). Также требуется задать расположение блоков и разработать межблочные связи.
Перед сдачей в производство аппаратная часть тестируется на корректность с использованием языков Verilog и VHDL, а для более сложных схем — SystemVerilog, SystemC, e и OpenVera. До 70 % общих усилий на разработку затрачивается именно на этом этапе.
Системы-на-кристалле потребляют меньше энергии, стоят дешевле и работают надёжнее, чем наборы микросхем с той же функциональностью. Меньшее количество корпусов упрощает монтаж. Тем не менее, создание одной большой и сложной системы на кристалле оказывается более дорогим процессом, чем серии из маленьких, из-за сложности разработки и отладки и снижения процента выхода годных изделий.
| Технологии цифровых процессоров | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Архитектура |
CISC · EDGE · EPIC · MISC · URISC · RISC · VLIW · ZISC · Фон Неймана · Гарвардская |
||||||||
| Параллелизм |
|
||||||||
| Реализации | DSP · GPU · SoC · PPU · Векторный процессор · Математический сопроцессор • Микропроцессор · Микроконтроллер | ||||||||
| Компоненты | Barrel shifter · FPU · BSB · MMU · TLB · Регистровый файл · control unit · АЛУ • Демультиплексор · Мультиплексор · Микрокод · Тактовая частота • Корпус • Регистры • Кэш (Кэш процессора) | ||||||||
| Управление питанием | APM · ACPI · Clock gating · Динамическое изменение частоты • Динамическое изменение напряжения | ||||||||
SoC.
