片上系統(tǒng) (SoC) 顧名思義，就是在單個硅片上集成整個系統(tǒng)。這種芯片或集成電路 (IC) 包含計(jì)算機(jī)的許多組件，這些組件旨在協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)。該術(shù)語的第一部分“ 系統(tǒng) ”表示它是一種復(fù)雜的電子組件，而最后一部分“ 芯片 ”表示該系統(tǒng)的所有組件都擠在單個 IC 上。根據(jù)縮小到芯片大小的系統(tǒng)類型，它可以執(zhí)行各種功能，包括人工智能、信號處理、無線通信等。

這個問題沒有簡單易懂的答案，這反映了 SoC 設(shè)計(jì)本身的性質(zhì)，即它是一個復(fù)雜、多維的話題，需要考慮許多變量。隨著技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)計(jì) SoC 的難度也在增加。在這篇博客中，我將介紹一些關(guān)鍵思想，我認(rèn)為這些思想在大多數(shù)（如果不是全部）SoC 設(shè)計(jì)中都很有用，它們將使您能夠成功理解您自己的 SoC 的設(shè)計(jì)和實(shí)施過程。

1. 計(jì)劃

在我們深入討論之前，我要補(bǔ)充一點(diǎn)——規(guī)范和時間表可能會隨著時間的推移而改變。這不是壞事，但需要接受、理解和允許。

考慮到這一點(diǎn)，一份詳細(xì)且寫得好的規(guī)范是任何 SoC 設(shè)計(jì)開始時的關(guān)鍵。你可以有一個改變游戲規(guī)則的想法，但如果沒有人理解它的作用和工作原理，那么這個想法很難在硅片上實(shí)現(xiàn)。擁有一份詳細(xì)的規(guī)范，可以讓閱讀它的人準(zhǔn)確地了解 SoC 的作用。隨著這個想法經(jīng)歷不同的設(shè)計(jì)階段，規(guī)范可能會不斷發(fā)展。隨著你了解系統(tǒng)在實(shí)踐中的工作原理，你不僅可以更加深入，還可以改進(jìn)模塊的描述。

規(guī)范也應(yīng)該寫得很好。簡而言之，如果工程師在根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)模塊時不能清楚地理解模塊的功能，那么模塊很可能不會有預(yù)期的行為。讓沒有編寫規(guī)范的人對規(guī)范進(jìn)行同行評審可以成為一種非常有用的工具，可以解決作者可能遺漏的任何問題。

成功的 SoC 設(shè)計(jì)還應(yīng)包括時間表。制定一份記錄項(xiàng)目各部分預(yù)期時間的時間表是做出更明智決策的寶貴工具。時間表的一個關(guān)鍵部分，也是可能被忽視的部分，是靈活性。這種靈活性是指在時間表中預(yù)留時間，以便處理錯誤，如果發(fā)現(xiàn)實(shí)施不足，可以改進(jìn)。這種靈活性將允許更好地管理風(fēng)險，并為項(xiàng)目制定更準(zhǔn)確的時間表。它還可以重新安排各個階段，有時可以并行運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)所需的時間范圍。

2. 設(shè)計(jì)過程

如果說 SoC 的成功很大程度上取決于設(shè)計(jì)過程，那么這是一種輕描淡寫的說法，因?yàn)檫@是系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作完成的地方。

很多書都寫過關(guān)于團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)和動態(tài)的文章，但我只想關(guān)注一些比較簡單的要點(diǎn)——擁有一支擁有合適技能的團(tuán)隊(duì)以及團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的溝通。現(xiàn)在這些可能看起來很明顯，但它們非常重要，無論如何都應(yīng)該提到它們。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不僅僅是前端設(shè)計(jì)，還包括驗(yàn)證、DfT、物理設(shè)計(jì)和軟件。所有這些部分都需要正確運(yùn)行并協(xié)同工作，才能使 SoC 經(jīng)久耐用且結(jié)構(gòu)良好。在經(jīng)驗(yàn)豐富、能力強(qiáng)的工程師團(tuán)隊(duì)中，擁有多種技能非常重要。同樣，將設(shè)計(jì)從規(guī)范帶到代工廠的下一階段也并非易事，因此對緊密集成的跨流結(jié)構(gòu)的需求仍然至關(guān)重要。

確保每個團(tuán)隊(duì)都能有效地相互溝通也很重要。由于物理設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的啟示，可能需要對某個塊進(jìn)行更改。有效的溝通在這里很重要，因?yàn)檫@意味著可以在盡可能短的時間內(nèi)探索、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和實(shí)施更改。

3. 軟件

最后，但絕非最不重要的一點(diǎn)是軟件設(shè)計(jì)在 SoC 設(shè)計(jì)中必須發(fā)揮的作用。這是設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常被忽視的一個部分，但它是 SoC 的關(guān)鍵部分，可以成就或毀掉一個設(shè)計(jì)。

讓我們從啟動 ROM 開始。啟動 ROM 是一小段內(nèi)存，其中包含 CPU 在啟動時所需的代碼。這段代碼將初始化 SoC 正確啟動所需的所有總線、內(nèi)存和外設(shè)。這必須盡早確定，因?yàn)樗鼘υO(shè)計(jì)至關(guān)重要。它可以用來了解系統(tǒng)的初始狀態(tài)應(yīng)該是什么，這為我們提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

軟件安全是構(gòu)建 SoC 時需要考慮的另一個重要主題。我不會在這里討論軟件安全的具體細(xì)節(jié)，只是說軟件安全可以使系統(tǒng)具有面向未來性，從而造就成功的 SoC。我們加載到內(nèi)存中的軟件可能會因客戶的不同而發(fā)生變化，因此，擁有一種保護(hù)設(shè)備免受入侵的方法，同時仍允許官方軟件更改和升級，是讓您的 SoC 成為未來客戶可行選擇并延長產(chǎn)品壽命的絕佳方法。

這個問題沒有簡單易懂的答案，這反映了 SoC 設(shè)計(jì)本身的性質(zhì)，即它是一個復(fù)雜、多維的話題，需要考慮許多變量。此外，隨著技術(shù)的進(jìn)步，SoC 的設(shè)計(jì)變得越來越困難，這個問題的答案也變得越來越難。

詳細(xì)討論 SoC 設(shè)計(jì)的各個方面以及我們可以用來創(chuàng)建 SoC 的技術(shù)需要好幾本書。不過，我將介紹一些關(guān)鍵思想，我認(rèn)為這些思想在大多數(shù)（如果不是全部）SoC 設(shè)計(jì)中都很有用，它們將幫助您成功理解您自己的 SoC 的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程。

因此，雖然這個問題沒有簡單的答案，但我相信本文中介紹的想法將適用于大多數(shù)（如果不是全部）SoC 設(shè)計(jì)。諸如計(jì)劃和設(shè)計(jì)流程之類的想法就是這方面的例子；牢牢掌握這些想法將使您的項(xiàng)目盡可能順利地運(yùn)行。此外，考慮 SoC 上使用的軟件可以讓您擁有堅(jiān)實(shí)、安全的基礎(chǔ)來制定實(shí)施方案。從這些想法中，我希望您能獲得新的靈感，去設(shè)計(jì)一個成功的 SoC。