sopc的现状及发展趋势

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SOPC现状及发展趋势System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统。用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，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。以SOPC为核心的电子产品,是近几年集成电路中发展最快的产品.SOPC将进一步扩大适用领域,将复杂专用芯片挤向高端和超复杂应用.SOPC是PLD和ASIC技术融合的结果，目前0.13微米的ASIC产品制造价格仍然相当昂贵，相反，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被称为“半导体产业的未来”。SOPC是一个融合体：融合了SOC和FPGA的技术，同时也在ASIC和可编程器件之间找到一个折衷点,未来很难预测。几家主要的可编程器件厂商都相继推出了自己的SOPC产品，它们各有特点。SOPC中一个重要的部件是CPU，因为没有这个大脑，也就谈不上SOPC了。围绕着这个CPU，各个厂家各出其招.首先是软核的方案，Altera成功推出Nios和NiosII，在Cyclone等系列上得到了广泛的应用；Xilinx也不甘落后，推出了MicroBlaze，新的系列产品都支持这个CPU。在SOPC中使用软核的好处不言而喻，和普通SOC中使用软核有异曲同工之处。一方面给使用者带给了设计上的灵活性，同时升级到其他系列产品也很方便；几款软核还可以嵌入RTOS。Nios还给用户提供了自定义命令的功能。可以说软核的使用加快了FPGA市场的普及。正是因为看到这个市场，CPU的风云人物ARM也不甘落后，也和Actel一起推出了Cortex-M1，也准备在FPGA软核这个市场上大显身手。本人比较看重Cortex-M1，ARM的市场占有率是一个主要的原因。Cortx-M1和ARM以前的产品有兼容性，因为很多嵌入式系统使用的是ARM7或ARM9，这样在系统升级的时候，投入的成本会小得多。下面简单介绍各个软核的特点：①Xilinx的MicroBlaze感觉和ARM7比较接近，32bitRISC，3级流水线，哈佛结构。采用IBM的总 线构造CoreConnect，感觉没有太特殊的地方。开发工具为ISE.（很想知道它占用FPGA的情况）②Altera的NiosII也是32bitRISC，据说可以达到200DMIPS，采用Altera特有的总线结构Avalon总线结构。根据性能需要，可以有三种的选择：快速，标准，经济，占用的FPGA资源相应减少。支持RTOS，例如MicroC/OS-II以及NucleusPlus。（更希望它支持ucLinux）,开发工具为QuartusII中的SOPCbuilder.③ARM的Cortex-M1Cortex-M1的性能参数大致为：基本相当于ARM7-TDMI,，使用thumb2命令集的一个子集，最高频率为170MHz，处理能力达0.8DMIPS/MHz，占用FPGA资源为4300TILE.。开发工具还是那些常用的（ADS，Realview等）接下来看一看硬核的方案。Altera推出的带有硬核的SOPC是Excalibur，它的设计思想是把Apex20KE与一个ARM922的200MHz集成起来，这个主意看起来很不错，但是实际效果并不好。在Altera的官方网站上，已经明确告诉用户，新的设计不推荐使用这个器件。主要原因应该是产品定位和成本的问题。Excalibur并不适合做终端产品，因为它太贵了；如果作验证系统的话，他又太弱了，很多厂家推出专门的FPGA验证系统。所以看来是市场决定了产品生存。所以看来Altera现在的SOPC主打产品还是使用NIOS-II作为CPU。再来看看Xilinx的硬核方案，Xilinx使用IBM的powerPC作为硬核，而且有的系列还集成了DSPslice可以说，性能很高，毫无疑问他的产品定位应该主要是高端的通信，军事，多媒体等领域。Xilinx推出这些产品的一个重要原因，就是他解决了价格的问题。因为它使用的是65nm和90nm的工艺，而且采用ASMBL技术，所以可以低成本提供高性能的芯片。针对这一趋势，其他的FPGA大厂，也会很快推出带有硬核的高性能的SOPC器件。SOPC的发展趋势一直以来,在开发一个典型的系统时,设计人员仍不得不采用各种昂贵的,分立的模拟器件配合可编程逻辑器件或者混合信号的ASIC作为解决方案.而SOPC是具有所有这些属性的现成部件,利用它可以方便的选择器件来构成一个系统,而且可以根据系统的需要对处理器的资源进行裁剪.此外,由于各个器件之间通 过总线的链接是自动生成的,这就大大缩减了系统的开发周期,也因此,针对于特定器件IP核的设计以及IP核的重用成为SOPC技术的发展的关键.与传统方法相比,SOPC的设计方法必须有根本的改变,即从以功能设计为基础的传统流程,转变到以功能组装为基础的全新流程.总之,SOPC技术的目标就是试图将尽可能大而完整的电子系统,包括嵌入式处理器系统,接口系统,硬件协处理器或加速器,DSP系统,数字通信系统,存储电路以及普通数字系统等,在单一可编程片上系统中实现,使得所设计的系统在规模,可靠性,体积,功耗,功能,性能指标,上市周期,开发成本,产品维护及其硬件升级等多方面实现最优化,而这也是SOPC技术发展的根本方向.目前SOPC的发展趋势主要体现在以下四个方面:一是向更高密度,更大容量的千万门系统级方向迈进;二是向低成本,低电压,微功耗,微封装和绿色化方向发展;三是IP资源复用理念将得到普遍认同并成为主要的设计方式;四是嵌入式处理器IP将成为SOPC的核心.