Система на кристалі або Система на чипі (від англ System-on-a-chip, або іще SoC чи SOC) — дизайн електронної схеми, яка вміщує функціональні складові цілого пристрою (наприклад комп'ютера) на одній мікросхемі. В залежності від призначення SoC може оперувати як цифровими сигналами, так і аналоговими, аналого-цифровими, а також частотами радіодіапазону. Типовим застосуванням таких схем є широке різноманіття вбудованих систем.

Якщо не вдається розмістити всі необхідні схеми на одному напівпровідниковому кристалі, то використовується схема із декількох кристалів, розміщених в одному корпусі (System in Package — SiP). SoC вважається вигіднішою конструкцією, оскільки дозволяє збільшити відсоток придатних схем при виготовленні та спростити конструкцію корпуса.^[1]

Структура |

Типова SoC вміщує:

• 
  мікроконтролер, мікропроцесор чи процесор цифрових сигналів. Деякі схеми обладнані більш ніж одним процесором, тоді їх ще називають MPSoC (Multiprocessor System-on-Chip),


• блок пам'яті, який може працювати із такими типами пам'яті: ROM, RAM, EEPROM та флеш,


• джерело опорної частоти, наприклад кварцові генератори та ланцюги з оберненим зв'язком (phase-locked loops — цифрова система фазової автопідстройки частоти),


• 
  таймери, лічильники та схеми затримок після увімкнення,


• стандартні інтерфейси для зовнішніх пристроїв: USB, FireWire, Ethernet, UART, SPI,


• входи та виходи цифро-аналогових і аналого-цифрових перетворювачів,


• регулятори напруги та стабілізатори живлення.

Блоки між собою можуть з'єднуватися за допомогою шини власної розробки чи стандартної конструкції, наприклад стандартизована AMBA в чипах ARM. Якщо в складі чипу є контролер прямого доступу пам'яті (DMA), то за його допомогою можна заносити дані дані із зовнішніх пристроїв безпосередньо до пам'яті чипа, не витрачаючи процесорних ресурсів.

Система на кристалі основана на мікроконтролерах

Розробка систем-на-кристалі |

Для повноцінного функціонування системи програмна складова відіграє не менш важливу роль, ніж апаратна. Як правило розробка ведеться паралельно. Апаратна частина складається із стандартних налагоджених блоків, для зборки програмної частини потім використовуються готові драйвера. Використовуються засоби розробок CAD та інтегровані програмні оболонки.

Для того, щоб переконатися в правильній роботі створеної комбінації блоків, драйвери та програму завантажуюьб в емулятор апаратної частини FPGA. Також потрібно задати розміщення блоківі та розробити міжблочні зв'язки.

Перед здачею у виробництво апаратна частина тестується на коректність із використанням мов програмування: Verilog и VHDL; а також складніших схем — SystemVerilog, SystemC, е^[en] та OpenVera. 70% усіх ресурсів, які витрачають на розробку чипу витрачається саме на даному етапі.

Розрахунковий дизайн потоків системи на кристалі

Системи на кристалі використовують менше енергії, коштують дешевше і працюють надійніше, ніж набори мікросхем із такою ж функціональністю. Менша кількість складових спрощує монтаж готового виробу. Але все ж таки, створення однієї дуже великої і складної системи на кристалі може виявитися дорожчим процесом, ніж серія малих через складність розробки, налагодження та зменшення частки придатних виробів.

При проектуванні систем на кристалі необхідно вирішувати проблему затримок та асинхронізму сигналів. Особливо це важливо при формуванні мережевих структур. Найбільш перспективним шляхом вирішення цієї проблеми вважається використання бездротових мереж на кристалі (Wireless network-on-chip, WNOC), що дозволяє обійти обмеження класичних мереж, а також забезпечить зв'язок між наномасштабними компонентами мікросхем і макрорівнем ^[2]

Компанії, які разробляють SoC |

• Actions Semiconductor


• Altera


• 
  Applied Micro Circuits Corporation (AMCC)


• Analog Devices


• ARC International


• ARM Holdings


• ASIX Electronics


• Atmel


• Atheros


• Axis Communications


• Broadcom


• Cambridge Consultants


• Cirrus Logic


• Conexant


• Core Logic


• CPU Tech


• 
  Cypress Semiconductor (PSoC)


• Infineon Technologies


• Innova Card


• Intel


• 
  FameG (Fulhua Microelectronics Corp.)


• Freescale Semiconductor


• Frontier Silicon Ltd


• Horizon Semiconductors


• Imagination Technologies


• Lattice Semiconductor


• LSI Logic


• Marvell Technology Group


• MIPS Technologies


• Mistletoe Technologies


• MosChip Semiconductor Technology


• Naksha Technologies


• Nokia


• 
  NXP Semiconductors (формально Philips Semiconductors)


• NuCORE Technology


• Palmchip Corporation


• PMC-Sierra


• Renesas


• Samsung


• Sequence Design


• Sharp


• Sigma Designs Inc


• SigmaTel


• Skyworks Solutions Inc


• Silicon Integrated Systems


• Silicon Motion


• SoCrates Software India Private Limited


• SoC Technology


• STMicroelectronics


• Tensilica


• Teridian Semiconductor


• Texas Instruments


• TLSI


• Transmeta


• TranSwitch


• Zoran Corporation


• Xilinx


• Цифровые Решения

Джерела |

Корисні посилання |

• Розділ статей на SoC тематику


• 
  Інтегральні схеми компанії TSC у лічильниках електроенергії- типове застосування змішано-сигнальних систем на чипі


• 
  MIPS-основані Системи на чипах на сайті linux-mips.org
  


• Журнал Frontier


• 
  Вбудовані процесори та Системи на Чипі короткий довідниковий посібник. Архів оригіналу за 2013-01-03. 
  


• 
  представлені Системи на Чипі компанією SiliconFarEast


• 
  HybridThreads(Hthreads) Будування програмованих напівзамовних мультипроцесорних систем на чипі із використанням гібридних CPU/FPGA компонентів.


• MicroBlaze-засновані інструкції для комп'ютерних архітектур та мови програмування Assembler для Систем-на-Чипі


• Системи-на-Чипі із використанням гібридних CPU/FPGA компонентів.


• 
  Системи-на-Чипі із ARM процесорами всередині на www.tertiumtechnology.com


• 
  SOCC Щорічна IEEE Міжнародна SOC Конференція

Див. також |

• 
  PSoC — програмована система на кристалі