系统芯片(SOC)架构- Aviral Mittal
系统芯片(SOC)架构- Aviral Mittal
System on Chip Architecture-Aviral Mittal
此技术是在设计片上系统时考虑体系结构级别的因素。同样,范围是围绕soc,soc将使用ARM的Cortex-M级处理器。
The first issue perhaps is Hosted Vs Hostless SoC:
第一个问题可能是托管与无主机SoC:
让我们先了解一下什么是托管与无主机SoC
托管SoC通常是大型SoC的“伴侣”芯片。大型SoC被称为主机SoC:托管SoC的一个例子可以是LTE智能手表的小型蓝牙+显示驱动SoC,其中LTE SoC是大型主机,而这个小型蓝牙+显示Dirver是托管SoC,即伴生SoC。小型“托管”或“伴生”SoC的功能相当依赖于大型主机SoC。通常,主机SoC将具有主应用处理器和操作系统,并且将通过芯片到芯片的链路(例如PCIe或SPI等)来控制小的伴生SoC,因此主机SoC在主机看来将是一种外围设备。
无主机SoC是非常自给自足的,并且主要是电路板上的主SoC。它通常有自己的应用处理器和操作系统。例如,耳机或扬声器的音频+蓝牙SoC。这个SoC的功能不依赖于同一块电路板上的其他SoC,它是电路板上的主要SoC。通常微控制器soc也属于这一类。
So why it is important to consider Hosted Vs HostLess?
那么,为什么考虑托管与无主机是很重要的呢?
对于托管SoC,设计者可以使用系统上存在的用于大型主机SoC的资源,例如,对于托管SoC,您可以使用主机SoC的NVM存储器来存储所有代码,然后可以将代码从主机SoC下载到托管SoC。这意味着托管SoC可以是没有NVM的SoC。这意味着这个SoC的架构将会有很大的不同,因为代码已经下载到了它的RAM中。与NVM相比,RAM的速度非常快,因此直接将代码下载到RAM并从RAM运行可以消除对处理器高速缓存的需求。
这只是一个例子,展示了SoC的设计可能会受到托管与无主机的影响。这样的例子不胜枚举。
可以有一个SoC,它既可以在托管模式下工作,也可以在无主机模式下工作。然而,这些将超出本技术的范围。
Which ARM Cortex-M processor?
在任何SoC设计中,最重要的方面可能是选择SoC上的主应用处理器。这个应用处理器通常运行一个操作系统,但是对于非常小的应用程序,可能不需要操作系统。
如前所述,此技术的范围将处理器类型限制为ARMCortex-M,因此处理器选择将是ARM Cortex-M之一。下面是一个非常简短的选择标准:
ARM Cortex-M0
M0是最小的处理器,最小配置约12K门:适用于低功耗应用,低性能要求。它将足以进行蓝牙处理。但是,它没有安全功能,也不支持跟踪组件,例如ITM(Instrumentation trace Macrocell)或ETM(Embedded
trace Macrocell)或MTB(Micro trace Buffer)。不要担心这些ITM、ETM和mtb是什么,您只需要了解,没有ITM和/或ETM和/或mtb,调试应用程序软件代码将变得有点困难。但是M0代码通常比较简单和小,因此人们首先会争论是否需要这些组件。
总线协议:AHB Lite
门计数:12K,最小配置,这是ARM引用的数字。
Cortex-M0门计数(Nand 2等效门):约25k门。
Bus protocol: AHB-Lite
Gate Count: 12 K in Min Config, this is the ARM quoted figure.
ARM Cortex M0 Gate Count (Nand 2 equivalent gates): ~25 K Gates. This is what I obtained from synthesis by dividing reported area by design compiler by the area of 1 Nand 2 gate area of minimum strength from the tech lib.
注:此技术将始终使用Nand 2等效门计数作为面积分析和面积比较的度量。很明显,ARM引用的门计数并不等于Nand 2门,而是门的总数。值得注意的是,如果你是在实际的Nand 2门数之后,ARM引用的M0的12K门数可能会误导你,这是一个更好的度量。
ARM Cortex-M0+
M0+支持硬件安全。它提供一种特权和非特权操作模式,与可选的内存保护单元不同。(微处理器)。它还为增强的调试功能提供了可选的MTB(微跟踪缓冲区)。所以,如果你担心基本的安全性和调试代码,但又想拥有一个非常节能的小型处理器,Cortex-M0+也许是你的正确选择。
总线协议:AHB Lite
门数:未知
ARM Cortex-M3
与Cortex-M0或M0+相比,ARM Cortex-M3具有更多的处理能力。它默认添加MAC(multiply accumulate)指令以支持单周期乘法,这在M0、M0+中是可选的,将中断从32增加到240,添加硬件除法单元,升级到ARMv7-M指令集体系结构,并具有ETM(嵌入式跟踪宏单元)支持增强的跟踪和调试功能。
显然,它保留了特权和非特权操作模式与可选内存保护单元的区别。(微处理器)。
总线协议:AHB Lite+APB
ARM Cortex M3门数(Nand 2等效门):约105K门。
因此,选择Cortex-M3而不是M0的价格,在面积上大约是4-4.5倍。
ARM Cortex-M4
与M3相比,ARM Cortex-M4具有更大的处理能力。它添加了 “SMID” (单指令多数据)指令,与M3中的多时钟周期执行相比,它在单时钟周期中完成了一些指令。它适合于将DSP应用程序添加到SoC中。它提供一个单精度浮点单元作为选项。所以如果你想运行一些DSP应用程序,那么这就是你的处理器。
总线协议:AHB Lite+APB
ARM Cortex M4门数(Nand 2等效门):带FPU的约180K门。
因此,选择Cortex-M4而不是M3的价格,即增加数字信号处理器应用的价格,在面积上大约是2倍。
ARM Cortex-M33
ARM Cortex-M33主要用于增加硬件安全性。它增加了ARM信任区支持,中断线增加到480,增加了可选的协处理器接口,并具有可选的FPU+DSP指令。所以这更像是一个增加了安全性的Cortex-M4。不知道为什么叫M33,我宁愿叫M44。
因此,如果特权和非特权模式不符合您的安全要求,并且您必须具有ARM信任区,那么这就是您的处理器。注意,协议现在是AHB5(与AHB Lite不同)。
总线协议:AHB5+APB
ARM Cortex M33门计数(Nand 2等效门):不知道,但我会说它应该与Cortex-M4非常相似,所以让我用FPU估计它为~200k门。
ARM Cortex-M7
ARM Cortex-M7主要用于需要更高性能的系统。它有专用的紧耦合内存接口,指令TCM(ITCM)和数据TCM(DTCM),在这里你可以放置你的关键代码,这将运行得非常快。它还具有AXI接口,可以再次提高性能。您还可以获得内置的可选指令缓存和数据缓存,这可以再次提高性能。
但是从安全角度来看,它不支持ARM信任区。
总线协议:AXI+AHB-Lite+APB。
ARM Cortex-M7门计数:未知。
ARM Cortex -M7+
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