可编程SoC(SoPC),什么是可编程SoC(SoPC)

可编程SoC(SoPC),什么是可编程SoC(SoPC)

SOPC ( System on a Programmable Chip，片上可编程系统)是以PLD(可编程逻辑器件)取代ASIC(专用集成电路)，更加灵活、高效的技术SOC (System On Chip)解决方案。SOPC代表一种新的系统设计技术，也是一种初级的软硬件协同设计技术。

与 SOC 技术相比，集成电路只有安装在整机系统中才能发挥它的作用。IC芯片是通过印刷电路板(PCB)等技术实现整机系统的。尽管芯片的速度可以很高，功耗可以很小，但由于PCB板中芯片之间的连线延时、PCB板的可靠性及重量等因素的限制，整机系统的性能受到了很大的限制。

而 SOC 技术的产生基础是由于随着半导体工艺水平的不断进步，使器件特征尺寸越来越小，芯片集成规模越来越大，数百万门级电路可以集成在一个芯片上。多种兼容工艺技术的开发，使差别很大的不同种器件可在同一个芯片上集成，把功能复杂的智能核（处理器)和数字逻辑电路集成到同一个芯片上，做成一个完整的单芯片电子系统，形成SOC器件。

SOC技术的研究、应用和发展是微电子技术发展的一个新的里程碑。SOC能提供更好的性能、更低的功耗、更小的印制板(PCB)空间和更低的成本，带来了电子系统设计与应用的革命性新变革，可广泛应用于移动电话、硬盘驱动器、PDA(个人数字助理)和手持电子产品等。SOC是21世纪电子系统开发应用的新平台。

SOC从整个系统的角度出发，把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路，直至器件的设计紧密结合起来，在单个(或少数几个)芯片上完成整个系统的功能。SOC的设计以IP核为基础，以硬件描述语言为系统功能和结构的主要描述手段，借助于以计算机外平台的EDA工具进行。研究表明，与IC组成的系统相比，由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，因而可以在同样的工艺技术条件下，实现更高性能的系统指标。SOC技术，也大大促进了软硬件协同设计及计算机系统设计自动化的发展。

SOPC的产生与基本原理

SOPC是 Altera公司提出来的一种SOC解决方案。它将处理器、存储器、I/O口、LVDS、CDR等系统设计需要的功能模块集成到一个PLD器件上，构建成一个可编程的片上系统。它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。可编程器件内，还具有小容量高速RAM资源。由于市场上有丰富的IPCore资源可供灵活选择，用户可以构成各种不同的系统，如单处理器、多处理器系统。有些可编程器件内还可以包含部分可编程模拟电路。除了系统使用的资源外，可编程器件内还具有足够的可编程逻辑资源，用于实现其他的附加逻辑。

SOPC 的基本特征:至少含有一个嵌入式处理器内核;具有小容量片内高速RAM资源:丰富的IP Core资源可供选择;足够的片上可编程逻辑资源;处理器调试接口和FPGA编程接口等。

SOPC 技术成为一个设计主流的原因主要有以下几点:

1、运用嵌入的NIOS软核。对于NIOS软核，由于它是可配置的，所以还可以应用于Altera公司任何其他的FPGA芯片上。

2, NIOS可配置为32位或16位的CPU，使设计人员能够在速度与占有资源上做出最优选择。

3, NIOS带有大量的外设和接口库，如UART、时钟、DMA,SDRAM。并行IIO等。这些特点使得设计变得简单化，提供了设计可靠性，降低了设计成本。

4、采用先进的EDA开发I具，如Altera公司的QuatusII，以及SOPC Builder的出现，极大地提高了开发人员的工作效率。SOPC Builder是一个自动化的系统开发工具，它能够极大地简化高性能SOPC的设计工作。该工具可以自动进行开发中的系统定义和集成过程，从而大大缩短产品的上市时间，采用SOPC Builder，设计人员能够在一个工具内定义一个从硬件到软件的完整系统，而花费的时间仅仅是传统SOC设计的几分之一。SOPC Builder内建的IP核库是业界领先的Open Core Plus版的NIOS嵌入软核处理器。

5、 知识产权得到重视，越来越多的设计人员以“IP核设计及复用”，的方式对现在的IP核加以充分利用，从而提高他们的设计效率并缩短上市时间。

6、 由于连接延迟时间的缩短，SOPC可以提供增强的性能，而且由于封装体积的减小，产品尺寸也减小了。 SOPC 是PLD和ASIC技术融合的结果，目前0.13μm的ASIC产品制造价格仍然相当昂贵，而集成了硬核或软核CPU、DSP、存储器、外围I/O及可编程逻辑的SOPC芯片在应用的灵活性和价格上有极大的优势。SOPC技术，同目前流行的ARM系列IC不同，它是软件、硬件都可裁减的，是完全意义上的嵌入式系统。所以，专家认为SOPC代表了半导体产业未来发展的方向。