SOC 技术介绍!

作者:Rick Lehrbaum

我们都听说过即将到来的“后PC”时代。我们到了吗?它是否近在咫尺?或者后PC时代只是一种炒作?毕竟,我们大多数人仍然在工作和家庭中使用传统PC进行计算。

首先,要认识到非PC的计算机设备的机会实际上是无限的。国际数据公司(IDC)报告称,每年生产的近20亿个微处理器芯片中,超过95%用于非PC“嵌入式”设备。如今,这个数字的大部分代表了自动售货机、汽车、测试仪器、喷水灭火系统等中的低级控制任务。

但是,围绕我们的无数计算机设备的智能性和互联性将很快大幅提高。最近的技术进步使得将PC级别的计算、通信和显示功能嵌入到常用电器中成为可能。它们还促成了许多新型电子小工具的创造——这一过程目前正在成千上万个正在进行的项目中以惊人的速度发生。这意味着从现在起九个月后(产品的孕育时间与人类婴儿大致相同),这场后PC开发热潮的成果将开始大规模涌现。

所以这是我的预测:2001年将是“后PC年”。

每个技术时代都倾向于以少数关键的新技术线索为特征,这些线索编织成其结构。在后PC时代,这些线索很可能是

  • 互联网

  • 无线局域网

  • 嵌入式 Linux

  • 语音识别

  • “片上系统”集成电路

让我们放大其中一个:片上系统(SOC)集成电路。

片上系统:嵌入式系统的圣杯

芯片公司长期以来一直寻求开发在单个硅片上构建整个系统的方法。想象一下,一块你可以编程来执行系统所需的所有电子功能的超高密度芯片。我们还没有达到那个目标,但我们肯定取得了很大进展。

作为一名硬件设计师,我个人经历了大部分演变。在1980年,我设计的软盘控制器需要整板的芯片。很快,设计压缩成两个芯片。然后一个。最终,整个东西实际上消失了——被吸入了一个超级I/O芯片!只剩下仅仅一小块硅片和几个接口引脚。

随着摩尔定律继续发挥其魔力,最初PC的半打电路板最终也遭遇了类似的命运。一块接一块,每个板级控制器都变成了几个芯片,一个芯片,最后是一个多功能IC的一小部分。到90年代末,PC的功能已减少到少数几个芯片。最终结果会是单芯片PC吗?

显而易见的答案是“是”。但目前实际的答案可能是“否”。为什么?事实证明,仍然存在需要应对的物理定律。英特尔几年前开始反驳芯片上的PC的想法,认为将所有东西都实现在一块硅片上既不高效也不实用。他们认为,为了从硅中提取最大收益并实现最佳成本和性能,某些技术的划分是必要的。

通用PC和用作服务器或控制系统的大型计算机需要最大化的CPU性能。以太网、声音和LCD控制器等设备接口具有更专业的需求。这两个优先级——CPU性能和设备接口——往往会对硅提出冲突的要求。这就是为什么英特尔选择不在其奔腾处理器上构建片上视频、以太网和声音功能。

另一方面,当您着手创建网络平板电脑、机顶盒、互联网收音机或智能自动售货机时,您会面临完全不同的一系列挑战。毕竟,您设计的是电器,而不是PC。这些嵌入式应用往往是接口密集型的,而不是计算密集型的。因此,您可能不需要英特尔最新的奔腾。过去,您可能使用过单片微控制器(8051、68HC11等)。今天,出现了一个令人兴奋的新选择:后PC、面向Linux的片上系统。这真是拗口!让我解释一下。

  • 后PC:嵌入式应用不需要“Wintel”兼容,因为它们不是试图成为通用PC。它们的CPU可以是x86变体,但RISC处理器可能具有很大的优势。为什么?因为RISC CPU往往更有效地利用硅资源。这可以带来更高的性能和功能集成,同时降低功耗和成本。如果您拥有使设备按您希望的方式工作的操作系统软件和工具,这一切都很棒。这就引出了...

  • 面向Linux:在我看来,嵌入式Linux将成为后PC时代的关键推动者。为什么?原因之一是Linux不局限于一种CPU架构。另一个原因是Linux具有高度可扩展性、模块化和灵活性——这使其非常适合嵌入式系统的极端多样性。然后,事实是Linux是开源的,因此让您的嵌入式小部件像它应该的那样工作要容易得多。此外,不要忘记Linux的许可模式——零(或接近于零)——这使得所有这些伟大的东西即使在最简单的设备中也是负担得起的。

  • 片上系统:现在,一种全新的片上系统处理器正在涌现。它们几乎每周都在各地涌现。这些高度集成且易于设计的小硅片现在包含强大的32位CPU,以及丰富的内置外围接口。最棒的是,它们几乎都支持即用型嵌入式Linux。

后PC SOC 清单

这是我的后PC SOC最低要求清单

  • 32位 CPU

  • RAM 和 ROM 的内置接口

  • 内置 DMA、中断和定时控制器

  • 磁盘或闪存的内置接口

  • 内置以太网和/或 LCD/CRT 接口

  • 内置串行和并行端口和/或 USB

  • 完整的嵌入式 Linux 支持

为什么要求内置以太网或显示控制器?这是因为一些 SOC 用于不需要显示器的“黑盒”设备,例如防火墙、专用服务器或网关,而另一些则用于用户交互设备,如网络平板电脑和自动售货机。通过包含至少这两个流行的外部世界接口之一,SOC实现了所需嵌入式计算机的所有关键功能。

是否有任何 SOC 目前满足我的清单上的所有要求?你肯定猜对了!几个月以来,我一直在收集关于后PC、面向Linux的SOC的信息。以下是我发现的一些示例。

  • 意法半导体 STPC Industrial—包含一个 80MHz x86 CPU,以及一个 CRT/LCD 显示控制器、PCMCIA 和串行/鼠标/键盘端口。STPC Consumer 是另一个版本,具有略微不同的功能组合。 www.linuxdevices.com/links/LK9677697611

  • 摩托罗拉 PowerPC MPC823e—包含一个 75MHz PowerPC CPU、一个复杂的通信信号处理器,以及一个 CRT/LCD 显示控制器、PCMCIA、七个串行端口、USB、I2C 和 SPI。 www.linuxdevices.com/links/LK9083681498

  • IBM PowerPC 405GP—包含一个 266MHz PowerPC CPU,以及 10/100 以太网、串行和并行端口以及 I2C。 www.linuxdevices.com/links/LK5925887918

  • NETsilicon NET+ARM—包含一个 40-MIPS ARM7TDMI CPU,以及 10/100 以太网、两个带 HDLC 和 SPI 支持的高速同步/异步串行端口、四个 IEEE-1284 并行端口和 24 个数字 I/O 引脚。 www.linuxdevices.com/links/LK7209982157

  • Aplio/TRIO—包含一个 20-MIPS ARM7TDMI CPU、一对 40-MIPS DSP、以及两个串行端口、SPI、一对 CODEC、10/100 以太网、USB 和闪存接口。DSP 和 CODEC 提供软件调制解调器、音频和语音功能。 www.linuxdevices.com/links/LK3569182901

  • Axis ETRAX—包含一个 100-MIPS RISC CPU,以及 10/100 以太网、IDE、SCSI、两个 IEEE-1284 并行端口和四个高速串行端口。 www.linuxdevices.com/links/LK5309816751

  • 英特尔 SA-1110—包含一个 206MHz StrongARM RISC CPU,以及一个 LCD 显示控制器、四个串行通道、IrDA、USB 从设备和 48 个数字 I/O 线。 www.linuxdevices.com/links/LK7515567179

  • NEC Vr4181—包含一个 66MHz 64位 MIPS RISC CPU,以及用于 LCD 显示器、CompactFlash、串行端口、IrDA、键盘、USB、触摸面板和音频输入/输出的接口。 www.linuxdevices.com/links/LK4338659220

请记住,此列表仅代表 SOC 冰山一角。新的 SOC 不断发布,因此请在 LinuxDevices.com 上查看最新信息。使用该站点的搜索功能,关键字为“system-on-chip”。

后PC时代指日可待,毫无疑问,嵌入式SOC与嵌入式Linux的结合将成为其主要的推动力。因此,准备好迎接围绕我们的电子小工具的一些激动人心的变化吧,因为这些设备将变得更加智能,连接也更加紧密。

SOC it To 'Ya!
电子邮件:rick@linuxdevices.com

Rick Lehrbaum (rick@linuxdevices.com) 创建了 LinuxDevices.com “嵌入式 Linux 门户”,该门户最近成为 ZDNet Linux 资源中心的一部分。Rick 自 1979 年以来一直从事嵌入式系统领域的工作。他共同创立了 Ampro Computers,创立了 PC/104 Consortium,并在启动嵌入式 Linux 联盟方面发挥了重要作用。

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