《SoC与嵌入式系统》课件.pptVIP

*****************课程目标及大纲介绍11.掌握SoC设计基本原理了解SoC的概念、特点、发展历程、设计流程和应用趋势。22.学习SoC设计关键技术深入理解片上系统架构、总线技术、外设设计、内存管理等关键技术。33.掌握SoC软硬件协同设计方法了解嵌入式操作系统选择、驱动程序开发、固件开发、软件架构设计等内容。44.培养SoC系统设计能力通过案例分析和实践练习，提高SoC系统的设计、调试和优化能力。SoC概念及特点SoC，即片上系统，将微处理器、内存、外设和接口等集成在一个芯片上。SoC的优势包括高集成度、低功耗、小尺寸、高性能、高可靠性和低成本。SoC的发展历程SoC的发展历程可以追溯到20世纪70年代，早期以单片机为主，集成度相对较低。1高集成度SoC时代集成度不断提升，功能更加强大2嵌入式SoC兴起嵌入式系统成为SoC主要应用领域3单片机时代集成度较低，功能有限随着技术进步，SoC集成度不断提升，功能更加强大，应用范围不断扩展。单片机和SoC的区别单片机主要用于嵌入式系统控制，具备简单架构和低成本优势。SoC集成更多功能模块，性能更强大，适用于复杂应用场景。SoC主要组成结构处理器核心SoC的核心是处理器核心，负责执行指令和处理数据。内存子系统SoC包括内存子系统，用于存储程序和数据。外设接口SoC包含外设接口，用于连接外部设备，例如传感器，显示器和网络。其他模块其他模块包括时钟系统，电源管理和安全模块。片上总线技术片上总线概述片上总线是SoC中连接各个功能模块的关键部分，为数据在各个模块之间传输提供通道。片上总线可分为地址总线、数据总线和控制总线。地址总线用于指定数据传输的目的地，数据总线用于传输实际数据，控制总线用于控制数据传输。总线类型常见的片上总线类型包括AMBA总线、AXI总线和Wishbone总线等。每种总线类型都有其不同的特点和优势，例如AXI总线以其高性能和可扩展性而闻名。片上外设设计接口类型SoC集成各种片上外设，例如UART、SPI、I2C、CAN、USB、以太网等。每个外设都具有特定的接口类型，根据系统需求选择合适的接口。协议规范每个外设都遵循特定的通信协议规范，例如UART的RS-232或RS-485标准。开发人员需理解协议规范，编写驱动程序。硬件设计片上外设的硬件设计需要考虑信号完整性、时序匹配、电气特性等，以确保数据传输的可靠性和稳定性。软件驱动每个片上外设都需要对应的软件驱动程序，用于控制外设，实现数据读写和功能配置。内存子系统设计内存类型选择SoC内存系统通常采用多种类型的内存，包括SRAM、DRAM、ROM和Flash。SRAM速度快，但成本高，通常用于缓存和高速存储区。DRAM速度较慢，但容量大，通常用于主内存。ROM和Flash用于存储固件和引导程序。内存控制器设计内存控制器负责管理内存访问，包括地址映射、数据传输和错误检测。内存控制器需优化性能和功耗，实现高效数据读写。内存管理单元内存管理单元(MMU)用于管理虚拟内存，实现内存保护和地址空间隔离。MMU允许多个程序共享内存，并防止程序访问其他程序的内存空间。电源管理子系统功耗控制降低功耗、延长电池续航时间。电压调节提供稳定电压给芯片和外设。电源管理管理电源开关、休眠和唤醒功能。热管理监控芯片温度，防止过热损坏。时钟子系统设计时钟源提供精确的时钟信号，确保系统正常运行。常用的时钟源包括晶体振荡器、数字振荡器等。时钟分频器根据需要将时钟信号进行分频，为不同的模块提供合适的时钟频率。时钟管理根据系统状态和工作模式动态调整时钟频率，提高系统效率并降低功耗。DMA和中断技术11.直接内存访问(DMA)DMA是一种高效的数据传输方法，它允许外设直接访问系统内存，无需CPU的干预。22.中断机制中断是系统响应外部事件的一种机制，它允许外设在需要CPU处理时发出信号。33.DMA和中断协同DMA和中断可以协同工作，DMA用于数据传输，中断用于通知CPU数据传输完成。片内安全机制设计硬件安全机制物理层安全措施，如芯片加密，防止非法访问或篡改芯片内部数据。软件安全机制通过软件代码设计，实现访问控制、数据加密、身份认证等功能，提高系统安全性。安全协议采用安全通信协议，如SSL/TLS，保障数据传输过程中的安全性和完整性。安全测试对安全机制进行全面的测试，确保其有效性，提高系统安全可靠性。SoC软硬件协同设计1需求分析定义系统功能和性能目