原创 聚芯SoC-1000系列产品技术架构及其应用分析

回顾计算机发展史，计算机技术发展与集成电路技术发展紧密相关。半个多世纪以来，计算机发展主要经历了真空管、晶体管、集成电路、微处理器等时代。目前IC设计产业中出现了系统设计和IP核设计的分工，形成了以SoC技术为主导的无芯片(Chipless)设计方式，从而进入SoC时代，这将对计算机控制技术发展产生深远的影响。

　　

SoC芯片设计开发是一项复杂的系统工程，不仅需要性能满足特定的需求，还要有很好的应用解决方案和配套软件。SoC品种日益繁多，在关注面积、延迟、功耗的基础上，设计目标在向高成品率、高可靠性、低EMI噪声、低成本、高易用性等方面转移，这将使系统级集成能力快速发展。SoC的技术发展趋势是异构、多核、可重构，而SoC和MEMS、SiP技术的融合体现了跨学科发展的研究成果，必将带来一场新的信息技术革命。

　　

当前，全球范围内的SoC设计已展开激烈的竞争。在国际上，基于x86架构的SoC的产品有AMD公司的Geode系列产品SC2200；基于ARM架构的SoC数不胜数，如Sharp的LH7A400，Samsung的S3C44AOA等；基于MIPS架构的产品主要有AMDAu1000、Au1500等；基于类指令的产品，如Crusoe TM5800。中国本土的SoC研制开发者主要基于MIPS架构和类指令，如中科院计算技术研究所的“聚芯”SoC、北京大学的 “众志”、国芯C*Core等，提供了面向不同应用领域的解决方案。中科亿芯信息技术有限公司的“聚芯SoC-1000”产品在前代产品基础上增加了USB、PS/2、AC’97等部件，并支持NAND Flash、STN LCD等接口，在动态变频范围和可重构性上有了鲜明技术特点，后经严格测试，“聚芯SoC-1000”达到产品化要求，2007年6月聚芯SoC产品开始真正实现市场化。

　　

SoC-1000的技术特点

聚芯SoC是异构多核（含DSP处理功能）可重构的低功耗中高端SoC产品，拥有10多项专利技术。中科院组织了“聚芯SoC片上系统”技术成果鉴定会，鉴定结论表明“聚芯SoC1000片上系统在总线架构技术、动态变频技术、动态优先级自调整仲裁技术、自适应门控技术、ASIC可重构技术等方面有自主创新，在SoC设计技术上已达到国际先进水平，居国内SoC芯片研制领先地位，具有自主知识产权”。

　　

聚芯SoC能使计算机控制系统实现单芯片化（见表１），支持WindowCE、Linux、VxWorks等操作系统，支持在线烧写、调试工作（eJTAG）。除了多核和可重构特点外，还具有高可靠性、高实时性、高效率、低功耗管理以及防病毒攻击等特点。系统可动态配置各种时钟频率，功能部件可灵活开启/关闭，待机功耗极低，在性能上与国际中高端SoC芯片（如SiS550, Au1500,Crusoe TM5400，Geode Gxi，Xscale,PXA270,S3C2440等）相当。

　　

聚芯SoC应用多样化，允许灵活配置，如SDRAM 32位/64位可选，LCD TFT/STN可选，NOR Flash/NAND Flash可选，此外，还具有很强的可扩展性，不仅有MAC、USB、UART、PS/2等外设接口，而且有PCI2.2、Local Bus等总线接口，其中Local Bus总线既可兼容ISA总线，又方便SRAM/FLASH/IO/CF+等设备的扩展，给系统设计人员留有极大的发展空间，拓展了芯片应用领域。

基于SoC-1000Ｂ的低成本计算机系统

图1是基于聚芯SoC-1000B的低成本计算机系统框图，成本只有400元人民币（不含显示器）。主要指标包括：主频300MHz（带浮点部件、媒体处理部件）、64MB主存、1GB Flash，功耗1.5W；支持多种TFT显示，最高分辨率1280×1024（24位）；此外还支持100M以太网、USB2.0、串口、并口、键盘/鼠标、AC’97、SD卡等设备；支持WinCE、Linux、VxWorkS等操作系统。

图1: 基于SoC-1000Ｂ的低成本计算机系统。

聚芯SoC-1000B由L*BUS总线、龙芯CPU/DSP核、常规南北桥功能部件和高效显示设备等组成，自身是一个典型的计算机系统。L*BUS总线由AXB、OEB、DCB等三级总线构成，采用双沿（上/下沿）技术，实现快速总线交易，DCB独立于AXB、OEB总线，不参与总线竞争，可实时控制设备，提高了系统实时性，此外变频灵活和部件可关闭性好，节能可以精细化。

表１:芯片技术指标

本文小结

聚芯SoC-1000集成有南北桥的常规功能及超强的显示功能，功耗为0.01~0.5W，采用BGA388封装（27mm×27mm）、LQFP256、LQFP144等三种封装形式，以满足不同用户群需求。SoC-1000可单芯片构造计算机应用系统，能从NAND Flash、网线或U盘启动操作系统，，可广泛应用于数控、电子政务、终端机、实时监控、身份识别、电子导航、工控设备、瘦客户机、医疗设备等专业计算机应用系统中。

　　

除了适用于军工/工控产品外，聚芯SoC还适合高校的计算机组成原理教学试验，帮助学生加深对计算机体系结构的理解，提高动手设计能力与编程能力，全方位提高计算机系统把握能力。聚芯SoC不断集成先进的IP技术，往聚芯SoC-2000、聚芯SoC-3000系列化发展。

　　

　　

　　作者：张志敏

总裁

北京中科亿芯信息技术有限公司

zzm@ict.ac.cn