SOC与单片机应用技术分析

邢洁林

（江苏省陶都中等专业学校，江苏宜兴，214221）

0 引言

研究表明，在电子技术刚进入软件+硬件的阶段时，单片机就已经成为其不可缺少的一部分，而进入固件阶段后，对固件系统有重要意义的单片机，又基于嵌入技术使自身焕发出了更强大生命力，SOC 技术应此而具备了持续发展的条件。由此可见，对二者进行研究很有必要，有关人员应对此引起重视。

1 SOC 技术应用分析

SOC 是固件化水平和集成化水平极高的一种技术，基于SOC对系统进行设计，通常需要将电子系统集成在某个芯片上，仅有不具备继承条件的机械部分和外部电路仍保留原有形态。

■1.1 核心技术

由常规理念指导开展电子系统设计工作，通常要以设计对功能模块所提出要求为依据，综合设计整个系统，简单说，就是先确定与设计要求相符的电路，再结合技术指标对电路参数以及连接形式加以确定，而最终所得到系统的特点，主要是器件分布和功能集成[1]。要想使设计结果与要求相符，一方面要考虑电路芯片参数，另一方面要考虑PCB 电磁兼容性。此外，要想使系统呈现出更为理想的数字化水平，还要对单片机加以应用，分布系统给电路固件所带来影响，自然也在考虑范围内。

SOC 对电子系统进行设计所参考依据，同样为参数要求及功能要求，但二者有极大的差异。SOC 并非基于功能电路所衍生出的分布式技术，而是基于功能IP 所衍生出的技术，该技术更看重电路和系统固件。一方面，实现功能的前提不是综合功能电路，而是综合整体固件电路，这项工作往往需要借助IP 技术开展；另一方面，固件特性、功能模块都会影响电路设计成果，但PCB 板电路分块情况所能带来影响可以忽略不计，这便是设计结果具有更为理想的电磁兼容性的原因。

■1.2 基本结构

基于SOC 所设计电子系统，为嵌入结构的实现提供了便利，在实际操作时，技术人员只需先参考系统需求对内核进行选择，再结合设计要求对IP 模块进行选择，便可获得相应硬件结构。其中，最具代表性的为智能电路技术，将SOC 与该技术相结合，可使系统固件特性得到充分实现，其性能自然更符合预期。事实证明，对SOC 加以应用，对设计周期的缩短有显著效果。

■1.3 设计思想

分布设计技术难以确保固件特性得到最优呈现，究其根本在于该技术为综合性技术，这就决定其要想使集成电路具有更多使用面，通常要考虑以下内容：其一，确保各应用领域对功能控制所提出要求得到满足；其二，酌情扩大关于技术指标以及应用功能的考虑范围[2]。由此可见，集成电路只有对大量电路进行附加，才能表现出理想的开发性，固件特性分散的情况难以避免。

SOC 所遵循设计思想的核心为集成全系统固件，用户可以根据自身需求，对嵌入结构以及模块进行增删或调整，既能够使固件特性得到优化，又省去了了解开发定制电路所需技术和应用方法的时间，在保证系统功能达到预期的基础上，降低设计难度。

■1.4 设计基础

在很长一段时间内，技术人员进行应用电子设计相关工作的主要内容均为集成电路，SOC 向技术人员呈现的是IP 库，每个设计环节所依托基础均为IP 模块，这也使得技术人员所扮演角色，由早期的系统设计师转变成为器件设计师。由于SOC 是基于IP 模块所衍生出的技术，因此，对SOC 加以应用的基础自然是IP。

2 基于SOC 的单片机设计

作为当代社会主流电子技术，单片机对独立电子系统有重要意义，而固件特性的存在，使单片机成为SOC 技术应用无法忽视的部分。

■2.1 嵌入技术

基于SOC 对电子系统进行设计的流程如图1 所示，接下来，笔者将对每一环节进行详细介绍：功能设计环节，技术人员应对系统所表现出固件特性加以考虑，真正做到以固件特征为依托，对综合功能进行合理设计；IP 综合环节所开展工作，主要是基于IP 库使系统功能得到实现；功能仿真则被用来对设计要求是否实现进行检查；电路仿真所检查内容，通常为电路与设计指标的契合度，这里所提到电路的基本单位为IP 模块，需要尤为注意；产品测试是设计的最终环节，由专业人员以测试结果为依据，对技术参数加以调整，保证最终得出应用参数有现实意义。

图1 设计过程

SOC 所提倡设计观念不同与原有观念，技术人员的设计对象，由电路芯片转变为IP 模块库，这也使得其无需在海量模块电路中查找并确定系统所需芯片，而是以固件特性及系统功能为依据对IP 模块进行选择即可。事实证明，上述方法使器件信息障碍被彻底消除，这是因为每个设计的本质都是集成系统，用户所扮演角色更像是制造集成电路的厂商。

在应用技术持续发展的当下，单片机已经具备独特且较为完善的常用嵌入结构，各系列单片机形成方式均为嵌入辅助电路及CPU。对SOC 而言，单片机所提出嵌入结构，对自身功能的发挥有无法被替代的作用。基于SOC 对嵌入结构进行设计，其优势有目共睹，简单说，就是技术人员无需花费大量时间对单片机型号进行选择，只需结合系统特性及其功能需求，对CPU 内核加以确定，再对配合IP 模块进行选择，就能够得到相应的系统。由此可见，从某个层面来说，SOC 使单片机拥有了更多可供选择的技术，其生命力也因此而变得更加强大。

综上，SOC 推动了单片机技术革命的进程，基于电子系统对产品进行开发与设计的时代已经来临。

■2.2 系统优化技术

信息时代的显著特征便是对电子技术加以运用的领域持续拓宽，不同领域所提出要求往往有一定差异存在。以航空航天为例，该领域希望电子系统体积可得到压缩，而信息领域的要求主要集中在个性化和多样化方面，原有固件技术所能发挥作用十分有限。近几年，民用领域逐渐将目光聚焦于个性化设计，不仅电子产品推陈出新的速度不断加快，各类产品需要达到的要求也变得增加严格，这便是SOC 被提出的背景。在很长一段时间内，受传统观念束缚，技术人员均认为集成的前提是对产品进行大批量生产，以电子系统为代表的小批量产品，往往更倾向于对固件/软件+硬件/硬件加以应用。SOC 的出现将原有格局打破，从技术人员的视角来看，SOC 可被用来对系统进行经济且便捷的设计，真正做到经由单片芯片，对嵌入结构加以实现，由于垫片芯片价格较嵌入结构更低，产品成本自然会大幅降低。

通过上文的分析可知，SOC 基础为IP，这也决定了只有借助EDA 软件，才能使设计技术优势得到充分发挥，相较于并未对EDA 等软件提出严格要求的原有设计技术，SOC 对EDA 的依赖性更强，以智能温控系统为例，SOC 需要将借助某个芯片对系统进行集成，实现该目标的前提是对电路做综合处理，EDA 的价值有目共睹。

另外，从理论上说，有外部系统总线存在的单片机应用，通常不属于单片机。由此可见，在展开设计工作时，有关人员应考虑两方面内容，分别是①如何使资源得到充分利用②如何避免外部总线形成。例如，对传感测试系统进行设计时，常规方案是以单片机特点为依据，对外部总线加以确定，系统过于庞大的问题难以避免[3]。而引入SOC，系统对外部总线的依赖减弱，技术人员可去除单片机内无用资源，仅对功能模块进行保留，如图2 所示。

图2 不同设计方法示意图

通过图2 所传递信息可知，如何使资源得到充分利用的问题迎刃而解，技术人员可以视情况对电路加以选择并应用。另外，SOC 还将有精密调整需求的前置电路集中安放在了固定芯片内，这样设计所带来积极影响，主要是调试PCB 板的工作量大幅减少。在“系统单片化是单片机基本属性”这一视域下，该系统更像是具有完善功能的单片机系统，基于该系统所开展测试和调试工作，自然不再适用于传统方法，这也表明该系统已成为可对混合信号进行模拟与处理的全新系统。由此可见，对SOC 加以应用，加快了单片机系统集成的发展速度。

3 结论

1997 年诞生至今，SOC 始终是人们关注的焦点，对其的研究从未停止。在SOC 已经成为主流电子技术的当下，受其影响较深的单片机，正由早期的定制系统向嵌入系统进行转变。从技术人员的视角来看，这一变化所带来影响，主要是需要重新思索设计模式及策略，只有基于SOC 开展相关工作，才能不断扩大单片机的应用范围，并使其拥有更加良好的发展前景。