SOC系统简介

本文介绍了SOC(片上系统)的基本概念,从狭义和广义角度阐述了其定义,并详细讲解了SOC的硬件组成,包括核心、总线、存储模块等。通过比喻解释了各组成部分的功能,如核心作为大脑,总线作为神经纤维。此外,提到了存储类型如SRAM、DRAM和闪存的特性。总线方面,提到了AXI、AHB、APB等不同类型及其在系统中的作用。最后,文章预告了后续将深入探讨总线和外设的使用方法。

作为本专栏的开篇,有必要说明开设本专栏是为了总结学习经验,同时也想让更多小白能够以一种通俗易懂的形式去了解SOC系统。

SOC,是System on Chip的缩写,也称为片上系统。我们之所以称之为“系统”,是因为它不是单个的模块,而是多个模块的集合体。从狭义角度讲,它是信息系统核心的芯片集成,是将系统关键部件集成在一块芯片上;从广义角度来讲,SOC是一个微小型系统。

SOC芯片的硬件组成大概包括:核心(Core),总线、存储模块,中断模块、时钟模块、外设接口等。如果我们把核心理解为大脑,那么总线可以理解为神经纤维,那么除核心与总线外的其他模块组成手臂,腿,以及五官等,大脑(core)发送命令,通过神经纤维传达命令给我们的肢体,肢体收到指示去做相应的工作。我们的身体通过相互配合组成一个系统,SOC类似,通过不同模块的组合,共同构成了一个完整的系统。这意味着,在单个芯片上,就能完成一个电子系统的功能,而这个系统在以前往往需要一个或多个电路板,以及板上的各种电子器件、芯片和互连线共同配合来实现,但SoC更多的是对处理器(包括CPU、DSP)、存储器、各种接口控制模块、各种互联总线的集成。

存储的种类有很多包括:SRAM、DRAM、闪存等。SRAM是一种存储阵列结构的简单集成电路,通常有一个读写端口。过去,大多数个人电脑和服务器使用独立的SRAM芯片作为一级、二级甚至三级高速缓存,如今,感谢摩尔定律,所有的高速缓存都被集成到了处理器芯片上,因此独立SRAM芯片的市场已经消失。在SRAM中,只要提供电源,数值会被一直保存。而在DRAM中,使用电容保存电荷的方式来存储数据。采用单个晶体管来访问存储的电荷,因此不能长久的保持数据,必须进行周期性的刷新,这也是该结构被称之为动态的原因。闪存(flash memory)是一种电可擦除的可编程只读存储器,闪存的写操作会对器件本身产生磨损,为了应对这种限制,大多数闪存产品都包括一个控制器,用于将发生多次写的块重新映射到较少被写的块,从而使得写操作尽量分散。

上文提及到的总线可以理解为核心与其他模块的桥梁,核心发出指令,指令和数据可以通过总线到达目标模块,经常使用的总线包括AXI、AHB、APB等,其中AXI与AHB属于高速总线主要负责挂一些高速外设,比如DDR控制器与

03-08
### 关于SoC (System on Chip) 的资料介绍 #### SoC 技术概述 SoC(片上系统)是一种集成电路,它将计算机或其他电子系统的组成部分集成到单个硅芯片上。这种高度集成的技术不仅减少了物理尺寸,还提高了性能并降低了功耗。预计不久的将来,一些大型芯片公司会通过推出成熟的、能占领多数市场的嵌入式片上系统芯片,一举击退竞争者[^2]。 #### 设计流程详解 采用SoC技术设计芯片的过程较为复杂,涉及到多个阶段的工作。具体而言,在完成初步规划之后,工程师们会选择合适的知识产权(IP)模块作为构建基础,并按照预定的功能需求进行组合配置。随后经过验证测试等一系列环节最终形成成品。整个过程既考验着团队对于硬件架构的理解程度,也需要具备丰富的软件开发经验来确保各个部分之间可以无缝协作[^1]。 #### 启动机制对比分析 相较于传统的微控制器(MCU),SoC拥有更为复杂的启动方式。由于其内部集成了众多功能各异的子系统,因此在初始化过程中往往需要加载更多种类的操作指令;而且很多时候还会伴随着操作系统的引导程序参与其中。相比之下,MCU则主要用于执行特定任务下的即时响应型应用程序,所以它的开机速度更快但也更加单一化[^3]。 #### GPU SoC 核心组件解析 当提到专门针对图形处理优化过的SoCs时,则不得不提及GPU SoC这一分支领域。这类产品除了继承了一般意义上的SoC特性之外,更是在视觉效果呈现方面有着卓越表现。它们由若干个关键部件组成——比如负责像素运算工作的计算单元、用于纹理映射变换操作的纹理单元、承担几何坐标转换职责的顶点处理器等等。值得注意的是,近年来为了迎合人工智能发展趋势,不少新型号里也开始加入了专为神经网络训练定制化的张量核心元件[^4]。 ```python # Python代码示例:模拟简单的SoC结构定义 class SimpleSOC: def __init__(self, cpu_cores=4, gpu_units=8): self.cpu_cores = cpu_cores # CPU内核数量 self.gpu_units = gpu_units # GPU单元数目 def describe(self): print(f"This is a simple model of an SoC with {self.cpu_cores} CPU cores and {self.gpu_units} GPU units.") soc_example = SimpleSOC() soc_example.describe() ```
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