XC7Z100-2FFG900I – Integrierte Schaltkreise, eingebettet, System-on-Chip (SoC)

Grundlegende SoC-Architektur

Eine typische System-on-Chip-Architektur besteht aus den folgenden Komponenten:
- Mindestens ein Mikrocontroller (MCU) oder Mikroprozessor (MPU) oder digitaler Signalprozessor (DSP), es können jedoch mehrere Prozessorkerne vorhanden sein.
- Der Speicher kann einer oder mehrere von RAM, ROM, EEPROM und Flash-Speicher sein.
- Oszillator- und Phasenregelkreisschaltung zur Bereitstellung von Zeitimpulssignalen.
- Peripheriegeräte bestehend aus Zählern und Timern, Stromversorgungskreisen.
- Schnittstellen für verschiedene Konnektivitätsstandards wie USB, FireWire, Ethernet, universeller asynchroner Transceiver und serielle Peripherieschnittstellen usw.
- ADC/DAC zur Umwandlung zwischen digitalen und analogen Signalen.
- Spannungsregelkreise und Spannungsregler.
Einschränkungen von SoCs

Derzeit ist das Design von SoC-Kommunikationsarchitekturen relativ ausgereift.Die meisten Chiphersteller nutzen SoC-Architekturen für ihre Chipherstellung.Da kommerzielle Anwendungen jedoch weiterhin die Koexistenz und Vorhersagbarkeit von Befehlen anstreben, wird die Anzahl der in den Chip integrierten Kerne weiter zunehmen und es wird immer schwieriger, busbasierte SoC-Architekturen den wachsenden Anforderungen der Datenverarbeitung gerecht zu werden.Die wichtigsten Manifestationen davon sind
1. schlechte Skalierbarkeit.Das SoC-Systemdesign beginnt mit einer Systemanforderungsanalyse, die die Module im Hardwaresystem identifiziert.Damit das System ordnungsgemäß funktioniert, ist die Position jedes physischen Moduls im SoC auf dem Chip relativ fest.Sobald der physische Entwurf abgeschlossen ist, müssen Änderungen vorgenommen werden, was im Grunde ein Redesign-Prozess sein kann.Andererseits ist die Anzahl der Prozessorkerne, die auf Busarchitekturen basierenden SoCs erweitert werden können, aufgrund des inhärenten Arbitrierungskommunikationsmechanismus der Busarchitektur begrenzt, d. h. es kann nur ein Paar Prozessorkerne gleichzeitig kommunizieren.
2. Bei einer Busarchitektur, die auf einem exklusiven Mechanismus basiert, kann jedes Funktionsmodul in einem SoC erst dann mit anderen Modulen im System kommunizieren, wenn es die Kontrolle über den Bus erlangt hat.Wenn ein Modul Bus-Vermittlungsrechte für die Kommunikation erwirbt, müssen andere Module im System insgesamt warten, bis der Bus frei ist.
3. Problem mit der Synchronisation einzelner Uhren.Die Busstruktur erfordert eine globale Synchronisierung. Da jedoch die Größe der Prozessmerkmale immer kleiner wird und die Betriebsfrequenz schnell ansteigt und später 10 GHz erreicht, sind die Auswirkungen der Verbindungsverzögerung so schwerwiegend, dass es unmöglich ist, einen globalen Taktbaum zu entwerfen Aufgrund des riesigen Taktnetzwerks wird sein Stromverbrauch den größten Teil des Gesamtstromverbrauchs des Chips ausmachen.