Система на кристалі

Система на кристалі (однокристальна система) - в мікроелектроніці - електронна схема, що виконує функції цілого пристрою (наприклад, комп'ютера) і розміщена на одній інтегральній схемі.

В англомовній літературі називається System-on-a-Chip, SoC .

У залежності від призначення вона може оперувати як цифровими сигналами, так і аналоговими, аналого-цифровими, а також частотами радіодіапазону. Як правило, застосовуються в портативних і вбудованих системах.

Якщо розмістити всі необхідні ланцюги на одному напівпровідниковому кристалі не вдається, застосовується схема з декількох кристалів, поміщених в єдиний корпус (System in a package, SiP). SoC вважається більш вигідною конструкцією, так як дозволяє збільшити відсоток придатних пристроїв при виготовленні і спростити конструкцію корпусу.


1. Пристрій

Типова SoC містить:

У програмовані SOC часто входять також блоки програмованих логічних матриць - ПЛМ; а в програмовані аналого-цифрові SOC - ще і програмовані аналогові блоки.

Блоки можуть бути з'єднані за допомогою шини власної розробки або стандартної конструкції, наприклад AMBA в чіпах компанії ARM. Якщо в складі чіпа є контролер прямого доступу до пам'яті ( ПДП), то з його допомогою можна заносити дані з великою швидкістю із зовнішніх пристроїв напряму в пам'ять чіпа, минаючи процесорний ядро.


2. Розробка систем-на-кристалі

Для функціонування системи програмне забезпечення не менш важливо, ніж апаратне. Розробка, як правило, ведеться паралельно. Апаратна частина збирається зі стандартних налагоджених блоків, для зборки програмної частини використовуються готові підпрограми налаштування відповідних блоків, що реалізують необхідні процедури і функції, які в англо-язичної літературі часто називаються драйверами. Застосовуються засоби автоматизації розробки CAD і інтегровані програмні оболонки.

Для того, щоб упевнитися в правильній роботі створеної комбінації блоків, драйвери і програму завантажують в емулятор апаратної частини ( мікросхему з програмованими ланцюгами, FPGA). Також потрібно задати розташування блоків та розробити міжблочні зв'язку.

Перед здачею в виробництво апаратна частина тестується на коректність з використанням мов Verilog та VHDL, а для більш складних схем - SystemVerilog, SystemC, e і OpenVera. До 70% загальних зусиль на розробку витрачається саме на цьому етапі.

Системи-на-кристалі споживають менше енергії, коштують дешевше і працюють надійніше, ніж набори мікросхем з тією ж функціональністю. Менша кількість корпусів спрощує монтаж. Тим не менш, створення однієї великої та складної системи на кристалі виявляється більш дорогим процесом, ніж серії з маленьких, через складність розробки і налагодження та зниження відсотка виходу придатних виробів.


3. Список компаній, що розробляють SoC


Література

  • Системи на кристалі. Проектування і розвиток. М. - Техносфера, 2004 ISBN 5-94836-029-6