一、什么是SoC

1.SoC技术的发展

　 集成电路的发展已有40多 年的历史，它一直遵循摩尔所指示的规律推进，现已进入深亚微米，乃至纳米阶段。

　由于信息市场的需求和微电子自身的发展，引发了以微细加工（集成电路特征尺寸不断缩小）为主要特征的多种工艺集成技术和面向应用的系统级芯片的发展。

随着半导体产业进入超深亚微米乃至纳米加工时代，在单一集成电路芯片上就可以实现一个复杂的电子系统，诸如手机芯片、数字电视芯片、DVD 芯片等。在未来几年内，上亿个晶体管、几千万个逻辑门都可望在单一芯片上实现。

　SoC ( System - on - Chip)设计技术始于20世纪90年代中期，随着半导体工艺技术的发展，IC设计者能够将愈来愈复杂的功能集成到单硅片上，SoC正是在集成电路( IC)向集成系统( IS)转变的大方向下产生的。

2. SoC基本概念

　　SoC称为系统级芯片，也称为片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时SoC又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的整个过程。

从狭义角度讲， SoC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；

从广义角度讲， SoC是一个微小型系统。

　　20世纪90年代中期，因使用ASIC（一种为专门目的而设计的集成电路 ）实现芯片组受到启发，萌生应该将完整计算机所有不同的功能块一次直接集成于一颗硅片上的想法。这种芯片，初始起名叫System on a Chip (SoC)，直译的中文名是系统级芯片。

SoC定义的基本内容主要表现在两方面：

SoC的构成；

SoC的构成可以是系统级芯片控制逻辑模块、微处理器/微控制器CPU 内核模块、数字信号处理器DSP模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通讯的接口模块、含有ADC /DAC 的模拟前端模块、电源提供和功耗管理模块。对于一个无线SoC还有射频前端模块、用户定义逻辑(它可以由FPGA 或ASIC实现)以及微电子机械模块；

更重要的是一个SoC 芯片内嵌有基本软件(RDOS或COS以及其他SoC形成或产生过程包含以下三个方面：

　　1) 基于单片集成系统的软硬件协同设计和验证；

　　2) 开发和研究IP核生成及复用技术，特别是大容量的存储模块嵌入的重复应用等；

　　3) 超深亚微米(UDSM) 、纳米集成电路的设计理论和技术。

3. SoC设计的关键技术

　　SoC设计的关键技术主要包括：总线架构技术、IP核可复用技术、软硬件协同设计技术、SoC验证技术、可测性设计技术、低功耗设计技术、超深亚微米电路实现技术等，

此外还要做嵌入式软件移植、开发研究，是一门跨学科的新兴研究领域。

应用软件)模块或可载入的用户软件等。

SoC形成过程。

用SoC 技术设计系统芯片，一般先要进行软硬件划分，将设计分为：芯片硬件设计和软件协同设计两部分。

芯片硬件设计包括：

(1)功能设计阶段。

　　设计人员产品的应用场合，设定一些诸如功能、操作速度、接口规格、环境温度及消耗功率等规格，以做为将来电路设计时的依据。更可进一步规划软件模块及硬件模块该如何划分，哪些功能该整合于SOC 内，哪些功能可以设计在电路板上。

(2)设计描述和行为级验证

　　功能设计完成后，可以依据功能将SOC 划分为若干功能模块，并决定实现这些功能将要使用的IP 核。此阶段将接影响了SOC 内部的架构及各模块间传送的信号，及未来产品的可靠性。决定模块之后，可以用VHDL 或Verilog 等硬件描述语言实现各模块的设计。接着，利用VHDL 或Verilog 的电路仿真器，对设计进行功能验证或行为验证 。

(3)逻辑综合

　　确定设计描述正确后，可以使用逻辑综合工具（synthesizer）进行综合。综合过程中，需要选择适当的逻辑器件库（logic cell library） ，作为合成逻辑电路时的参考依据。

硬件语言设计描述文件的编写风格是决定综合工具执行效率的一个重要因素。事实上，综合工具支持的HDL 语法均是有限的，一些过于抽象的语法只适于做为系统评估时的仿真模型，而不能被综合工具接受。逻辑综合得到门级网表。

(4)门级验证

　　门级功能验证是寄存器传输级验证。主要的工作是要确认经综合后的电路是否符合功能需求，该工作一般利用门电路级验证工具完成。注意，此阶段仿真需要考虑门电路的延迟。

(5)布局和布线

　　布局指将设计好的功能模块合理地安排在芯片上，规划好它们的位置。布线指完成各模块之间互连的连线。注意，各模块之间的连线通常比较长，因此，产生的延迟会严重影响SOC的性能，尤其在0.25 微米制程以上，这种现象更为显著。