系统芯片（SOC）架构- Aviral Mittal

系统芯片（SOC）架构- Aviral Mittal

System on Chip Architecture-Aviral Mittal

此技术是在设计片上系统时考虑体系结构级别的因素。同样，范围是围绕soc，soc将使用ARM的Cortex-M级处理器。

The first issue perhaps is Hosted Vs Hostless SoC:

第一个问题可能是托管与无主机SoC：

让我们先了解一下什么是托管与无主机SoC

托管SoC通常是大型SoC的“伴侣”芯片。大型SoC被称为主机SoC：托管SoC的一个例子可以是LTE智能手表的小型蓝牙+显示驱动SoC，其中LTE SoC是大型主机，而这个小型蓝牙+显示Dirver是托管SoC，即伴生SoC。小型“托管”或“伴生”SoC的功能相当依赖于大型主机SoC。通常，主机SoC将具有主应用处理器和操作系统，并且将通过芯片到芯片的链路（例如PCIe或SPI等）来控制小的伴生SoC，因此主机SoC在主机看来将是一种外围设备。

无主机SoC是非常自给自足的，并且主要是电路板上的主SoC。它通常有自己的应用处理器和操作系统。例如，耳机或扬声器的音频+蓝牙SoC。这个SoC的功能不依赖于同一块电路板上的其他SoC，它是电路板上的主要SoC。通常微控制器soc也属于这一类。

So why it is important to consider Hosted Vs HostLess?

那么，为什么考虑托管与无主机是很重要的呢？

对于托管SoC，设计者可以使用系统上存在的用于大型主机SoC的资源，例如，对于托管SoC，您可以使用主机SoC的NVM存储器来存储所有代码，然后可以将代码从主机SoC下载到托管SoC。这意味着托管SoC可以是没有NVM的SoC。这意味着这个SoC的架构将会有很大的不同，因为代码已经下载到了它的RAM中。与NVM相比，RAM的速度非常快，因此直接将代码下载到RAM并从RAM运行可以消除对处理器高速缓存的需求。

这只是一个例子，展示了SoC的设计可能会受到托管与无主机的影响。这样的例子不胜枚举。

可以有一个SoC，它既可以在托管模式下工作，也可以在无主机模式下工作。然而，这些将超出本技术的范围。

Which ARM Cortex-M processor?

在任何SoC设计中，最重要的方面可能是选择SoC上的主应用处理器。这个应用处理器通常运行一个操作系统，但是对于非常小的应用程序，可能不需要操作系统。

如前所述，此技术的范围将处理器类型限制为ARM Cortex-M，因此处理器选择将是ARM Cortex-M之一。下面是一个非常简短的选择标准：

ARM Cortex-M0

M0是最小的处理器，最小配置约12K门：适用于低功耗应用，低性能要求。它将足以进行蓝牙处理。但是，它没有安全功能，也不支持跟踪组件，例如ITM（Instrumentation trace Macrocell）或ETM（Embedded trace Macrocell）或MTB（Micro trace Buffer）。不要担心这些ITM、ETM和mtb是什么，您只需要了解，没有ITM和/或ETM和/或mtb，调试应用程序软件代码将变得有点困难。但是M0代码通常比较简单和小，因此人们首先会争论是否需要这些组件。

总线协议：AHB Lite

门计数：12K，最小配置，这是ARM引用的数字。

Cortex-M0门计数（Nand 2等效门）：约25k门。

Bus protocol: AHB-Lite

Gate Count: 12 K in Min Config, this is the ARM quoted figure.

ARM Cortex M0 Gate Count (Nand 2 equivalent gates): ~25 K Gates. This is what I obtained from synthesis by dividing reported area by design compiler by the area of 1 Nand 2 gate area of minimum strength from the tech lib.

注：此技术将始终使用Nand 2等效门计数作为面积分析和面积比较的度量。很明显，ARM引用的门计数并不等于Nand 2门，而是门的总数。值得注意的是，如果你是在实际的Nand 2门数之后，ARM引用的M0的12K门数可能会误导你，这是一个更好的度量。

ARM Cortex-M0+

M0+支持硬件安全。它提供一种特权和非特权操作模式，与可选的内存保护单元不同。（微处理器）。它还为增强的调试功能提供了可选的MTB（微跟踪缓冲区）。所以，如果你担心基本的安全性和调试代码，但又想拥有一个非常节能的小型处理器，Cortex-M0+也许是你的正确选择。

总线协议：AHB Lite

门数：未知

ARM Cortex-M3

与Cortex-M0或M0+相比，ARM Cortex-M3具有更多的处理能力。它默认添加MAC（multiply accumulate）指令以支持单周期乘法，这在M0、M0+中是可选的，将中断从32增加到240，添加硬件除法单元，升级到ARMv7-M指令集体系结构，并具有ETM（嵌入式跟踪宏单元）支持增强的跟踪和调试功能。

显然，它保留了特权和非特权操作模式与可选内存保护单元的区别。（微处理器）。

总线协议：AHB Lite+APB

ARM Cortex M3门数（Nand 2等效门）：约105K门。

因此，选择Cortex-M3而不是M0的价格，在面积上大约是4-4.5倍。

ARM Cortex-M4

与M3相比，ARM Cortex-M4具有更大的处理能力。它添加了“SMID”（单指令多数据）指令，与M3中的多时钟周期执行相比，它在单时钟周期中完成了一些指令。它适合于将DSP应用程序添加到SoC中。它提供一个单精度浮点单元作为选项。所以如果你想运行一些DSP应用程序，那么这就是你的处理器。

总线协议：AHB Lite+APB

ARM Cortex M4门数（Nand 2等效门）：带FPU的约180K门。

因此，选择Cortex-M4而不是M3的价格，即增加数字信号处理器应用的价格，在面积上大约是2倍。

ARM Cortex-M33

ARM Cortex-M33主要用于增加硬件安全性。它增加了ARM信任区支持，中断线增加到480，增加了可选的协处理器接口，并具有可选的FPU+DSP指令。所以这更像是一个增加了安全性的Cortex-M4。不知道为什么叫M33，我宁愿叫M44。

因此，如果特权和非特权模式不符合您的安全要求，并且您必须具有ARM信任区，那么这就是您的处理器。注意，协议现在是AHB5（与AHB Lite不同）。

总线协议：AHB5+APB

ARM Cortex M33门计数（Nand 2等效门）：不知道，但我会说它应该与Cortex-M4非常相似，所以让我用FPU估计它为~200k门。

ARM Cortex-M7

ARM Cortex-M7主要用于需要更高性能的系统。它有专用的紧耦合内存接口，指令TCM（ITCM）和数据TCM（DTCM），在这里你可以放置你的关键代码，这将运行得非常快。它还具有AXI接口，可以再次提高性能。您还可以获得内置的可选指令缓存和数据缓存，这可以再次提高性能。

但是从安全角度来看，它不支持ARM信任区。

总线协议：AXI+AHB-Lite+APB。

ARM Cortex-M7门计数：未知。

ARM Cortex -M7+