淺談使用可定制微控制器高效開發系統級芯片 (SoC)

　為了應對成本、尺寸、功耗和開發時間的壓力，許多電子產品都建構于系統級芯片 （SoC）之上。這個單片集成電路集成了大多數的系統功能。然而，隨著這些器件越來越復雜，要在有限的時間里經濟地進行產品開發以滿足產品上市時間的壓力已變得越來越困難。SoC集成了一些可編程部件 （特別是微控制器），使得其軟件開發與硬件開發同樣的昂貴和耗時。

　　使用基于業界標準、帶有片上存儲器和各種標準接口的ARMò處理器，再加上面向特定應用邏輯和非標接口的金屬可編程模塊 （MP模塊），構成的可定制微控制器是切實可行的SoC開發方法，能夠解決上述問題：

　　-采用預先已經準備好的基礎晶圓，僅針對定制部分添加金屬層，可以縮短器件生產制造的時間。

　　-最大限度地減少集成特定應用邏輯方面的設計耗費，并減少制備工藝中所需的光罩數，可以降低開發成本。

　　-仿真板包括了處理器、內存、外設和標準接口，并用FPGA來代替MP模塊，實現了軟/硬件全速并行測試，提高了器件生產制造和軟件開發的首次成功率。

　　可定制微控制器架構

　　新一代的ARM9處理器，通過全新的設計，采用了更多的晶體管，能夠達到兩倍以上于ARM7處理器的處理能力。這種處理能力的提高是通過增加時鐘頻率和減少指令執行周期實現的。

　　（一） 時鐘頻率的提高：ARM7處理器采用3級流水線，而ARM9采用5級流水線。增加的流水線設計提高了時鐘頻率和并行處理能力。5級流水線能夠將每一個指令處理分配到5個時鐘周期內，在每一個時鐘周期內同時有5個指令在執行。在同樣的加工工藝下，ARM9TDMI處理器的時鐘頻率是ARM7TDMI的1.8～2.2倍。

　　（二） 指令周期的改進：指令周期的改進對于處理器性能的提高有很大的幫助。性能提高的幅度依賴于代碼執行時指令的重疊，這實際上是程序本身的問題。

　　圖1：基于ARM9的可定制微控制器架構

　　如圖1所示，可定制微控制器的基礎為業界標準的ARM7或ARM9處理器內核，以及連接片上SRAM和ROM、外部總線接口和系統外設的多層AHB總線矩陣，并可橋接面向系統控制器和低速外設的高能效APB。該架構的一個主要特點是分布式DMA，這種DMA加上由AHB總線矩陣提供的并行數據通道，能為器件提供極高的內部數據帶寬。器件中的MP模塊具有多個DMA端口，因此由其實現的專用IP也能受益于這種高速內部帶寬。