【芯片SoC设计概念】_芯片设计概念

0 Introduction

0.1 Concept

在芯片设计概念当中，有几个名词概念，先理解清楚；

1. FPGA VS ASIC: FPGA芯片就是可编程芯片，可以进行在线编程等，在不考虑其他因素情况下，肯定是FPGA非常的好用；但是结合商业市场考虑，FPGA的资源更多的是属于浪费，成本太大；相反：做成ASIC后就是量体裁衣，专用开发，成本大大降下来；因此除了少数几家做通用芯片FPGA外，现在市场都是做ASIC芯片设计；还有另一方面，有的芯片比如通信芯片，门资源等使用巨大，所有FPGA也是无法盛下的；
   2.SoC VS ASIC: 这里面ASIC芯片相比上面是更狭义的概念；

1 SoC关注点

SoC更关注软硬件协同设计：
确定哪些部分需要硬化加速；

SoC架构设计：
* 处理器的选择：通用处理器-CPU，数字信号处理器-DSP；大小核设计，多核和众核设计；
* 存储器的选择
* 外设的选择
* 总线的选择：多个设备时–涉及仲裁；传输类型：fixed，Burst…
* 软件架构的设计
SoC架构设计关键任务：将设计划分为一系列硬件模块和软件任务，以及定义各部分之间的接口规范；

1.1 SoC总线

1. 总线上存在多个设备，通过仲裁；一般策略：轮询和优先级；
2. 传输类型：Fixed、Burst、Split、原子操作、Cacheable;
   AMBA是最最常用的总线协议；

1.2 SoC存储器

存储器典型的分层设计：越靠近CPU，越快，容量越小；

• 寄存器：最近的存储器，运行频繁使用的数据；
• Cache：一般分为D-Cache和I-Cache;一般分层组织为1级、2级、3级
  1级Cache为每个核独享；
  2级多核共享；
  3级为全部核共享；
• 片内ROM：用来存在SoC系统的启动程序–Bootloader;
• 片外主存：存放正在运行的系统程序、应用程序、数据及堆栈等关键信息；
  SDRAM、DDR2/3/4/5、LPDDR4/4x/5、HBM及GDDR5/6
• Flash:外部和内部都可以用flash；
  常用来存放系统启动程序；容量大，非易失，多次读写；
• Efuse/OTP

1.3 处理器

通用处理器-CPU，数字信号处理器-DSP；大小核设计，多核和众核设计；
核间通信架构方式：
1.共享Cache架构：共享二级或者三级Cache，多核Cache一致性是关键问题；
2.片上互联网络NOC架构，每个处理器具有独立的Cache，通过总线连接在一起，利用消息机制传递进行通信；–参考以太网Switch；

1.4 软硬件接口

系统架构设计需要定义好软硬件接口，才能保证软件的正常工作；主要接口有：

• 存储空间映射–Memory Map:
• 设备驱动
• 初始化、复位、bootloader程序
• 中断复位程序及中断向量
• IO引脚的复用