系統(tǒng)級芯片設計掀起新浪潮

消費者對電子產(chǎn)品的期望日益高漲，從而，不斷為設計師和制造商們帶來新的挑戰(zhàn)。盡管他們的要求非常嚴格，但如何滿足他們的這些需求，卻已成為能否在這一風云變幻的市場勝出的決定性因素。 

隨著全球消費電子市場繁榮發(fā)展，競爭愈演愈烈，產(chǎn)品設計師要開發(fā)出符合消費者期望的產(chǎn)品，其面臨的壓力日漸增加。更豐富的功能依然倍受消費者的青睞，但是，盡管更多功能可幫助廠商實現(xiàn)產(chǎn)品差異化，也彌補了較高的價格導致的劣勢地位，但每增加一個新的功能，制造商都必須同時滿足消費者對電池壽命的需求。例如，高分辨率彩色顯示器目前已得到廣泛采用，以實現(xiàn)更理想的瀏覽效果，許多設備還采用了先進的用戶接口，但這些新的先進功能對電池壽命帶來了極大的考驗，而這也是消費者最不愿犧牲的性能特點之一。

此外，如今的消費者希望他們的電子設備能夠在不斷縮小體積的同時，實現(xiàn)卓越的性能，帶來更強的音頻/視頻體驗。當然，成本也一直是他們最關心的因素之一。 

然而，直到最近，設計師還在為新型應用要求的存儲密度、隨機存取速度及電源之間如何取舍進退維谷，他們不得不在速度、存儲容量或電池壽命之間做出選擇。無論他們選擇增強哪一項功能，其他兩項的性能都會受到影響，這顯然與消費者的期望背道而馳，廠商也可能因此在市場上陷入劣勢。 

除此之外，設計師重點攻克的領域一直以來都是簡化硬件開發(fā)，但要在市場上取得競爭優(yōu)勢，這還遠遠不夠。要為制造商打造整體解決方案、縮短設計周期和上市時間，設計師還必須采取硬件和軟件協(xié)同設計的方法，將軟件納入設計開發(fā)范疇。   

要同時滿足上述所有需求，系統(tǒng)級芯片（SoC）設計不失為一個理想的解決方案，它能為半導體供應商和制造商打造他們孜孜以求的競爭優(yōu)勢。通過將所有必需的功能集成在芯片上，既可減少芯片數(shù)量，又能夠極大地降低功耗，整體物料成本也能降低許多，同時還縮短了開發(fā)時間。隨著新型消費電子產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，某些設備的尺寸正在縮小到難以置信的地步，與此同時，SoC的集成式設計為廠商提供了一個迎合如今最熱門趨勢的途徑。

作為模擬和混合信號IC領域領先的供應商，矽瑪特公司（SigmaTel）從未停止過創(chuàng)新的步伐，一直致力于滿足今天消費者的需求。為了給設計師提供更靈活地開發(fā)各種尺寸、各種價位、包含不同特征的新型便攜式設備的空間，矽瑪特開發(fā)了可降低功耗和成本的高度可編程的SoC。此外，矽瑪特的技術適用于任何要求小巧尺寸的設備。許多國際知名品牌都已經(jīng)在其內(nèi)置MP3播放器的手表、太陽鏡等創(chuàng)新型產(chǎn)品中采用了矽瑪特的SoC。

矽瑪特最新的STMP3600系列－第四代單芯片數(shù)字媒體系統(tǒng)為設計師們提供了一個理想的平臺，可幫助他們滿足消費者的嚴格要求。STMP3600可應用于數(shù)字音頻播放器、PDA、錄音機、手機、便攜式視頻播放器和數(shù)碼照片夾中，這一理想的解決方案可幫助客戶集更長電池壽命、更少外部元件、更高處理性能、出色的軟件開發(fā)和調(diào)試支持于一體，實現(xiàn)上述最完美的功能組合。

為有效管理功耗，在SoC中集成一個功率管理單元不失為理想的解決方案。通過單芯片對其上的元件和固件布局進行優(yōu)化，以取代多芯片布局，可以大幅降低功耗。如果再集成一個智能的鋰離子電池充電器以及對自動電壓控制（AVC）的支持功能，該功率管理單元可將系統(tǒng)功耗降低至原來的一半。此外，與典型的電壓控制系統(tǒng)相比，在AVC的支持下，芯片的CPU可以以更高的頻率運行，這樣就可以在任何應用中實現(xiàn)更高的處理性能。矽瑪特STMP3600就正內(nèi)置了效率最高的功率管理單元，可在降低便攜式應用功耗的同時實現(xiàn)最長的電池壽命。 

應用靈活性的最大化可通過盡量減少外部元件的數(shù)量和提供軟件開發(fā)和調(diào)試支持來實現(xiàn)。此外，還必須打造多功能接口，以支持與各種閃存、ATA驅(qū)動器、串行總線或液晶顯示器（LCD）的連接，實現(xiàn)藍牙、WiFi等先進連接應用。 

至于SoC上的中央處理器，具有兩個緩沖存儲器、內(nèi)置了SRAM并集成了存儲管理單元（MMU）的ARM926 EJ-S CPU不失為理想的功能組合，它可提供所需的處理功率，以支持音頻交叉衰減和后處理、MP3和Windows Media Audio（WMA）編碼、靜止和運動視頻解碼等先進功能?；谄銩RM內(nèi)核，消費電子開發(fā)者在現(xiàn)在及將來均可更靈活地進行產(chǎn)品設計，選擇何種存儲器作為新產(chǎn)品的接口，選擇采用何種操作系統(tǒng)。這一特別的內(nèi)核還包括ARM的DSP擴展功能，這樣芯片供應商就可以不斷開發(fā)低功耗數(shù)字音頻控制器產(chǎn)品，同時還可為高端應用提供所需的額外處理能力。

ARM9EJ-S包含2個指令集：ARM狀態(tài)下的32位指令集和Thumb狀態(tài)下的16位指令集。內(nèi)核可選擇在ARM或Thumb狀態(tài)下運行，或者在混合狀態(tài)下運行，這樣代碼的密度和性能都可得到優(yōu)化。ARM的研究表明，典型Thumb代碼的尺寸僅為同等ARM代碼的65%， 但在對存儲帶寬有所限制的應用中可將性能提升至其160%。 

初始引導和硬件初始化可通過包含芯片供應商預先寫入的初始化代碼的16K、32位片上掩膜可編程 ROM來實現(xiàn)。為保證設計的靈活性，ROM還需要集成軟件，以提供大量的引導配置選擇，包括用于老化和測試操作的制造引導模式，以及可從NAND閃存設備、NOR閃存設備、ATA硬盤驅(qū)動器等芯片外設備加載應用模式、從EEPROM設備加載I2C主機模式、從外部主機加載SPI主機模式的引導模式和USB恢復模式，以將上述模式加載到片上RAM。 

在開機時，ARM 內(nèi)核執(zhí)行的第一個命令來自 ROM。重設啟動向量的地址位于 0xFFFF0000。片上啟動編碼中包含一個固件恢復模式。例如，如果設備不能從NAND 閃存、NOR 閃存或硬盤中啟動，設備就會嘗試從 PC 主機連接到 USB 端口。

此外，一個支持存儲量高達512M外部 NOR 閃存設備的外部存儲接口（EMI）控制器可用作連接SDRAM 的存儲芯片。為了獲得最高的存儲效率，它需要與16位寬存儲系統(tǒng)和支持 16M 到 512M JEDEC  的 SDRAM 系列產(chǎn)品一起使用。

USB控制器是 SoC 的基本外設之一。通過將一個專用  DMA 集成到 USB 控制器中并把它直接連接到高速 AHB 總線，USB可實現(xiàn)對系統(tǒng)存儲中大量描述符、隊列頭和封抱載荷傳輸?shù)母叨入S機訪問。 

為了最大限度地實現(xiàn)應用靈活性，STMP3600 集成了種類繁多的I/O外設，它幾乎可以連接各種類型的閃存、ATA 驅(qū)動器、串行總線或智能 LCD。此外，它還可通過集成高速應用 UART 和 SDIO 控制器，實現(xiàn)與藍牙和  WiFi  等高級應用連接。其中包括一個帶有耳機/揚聲器放大器、8 通道低分辨率高分辨率 ADC、大電流電池充電器、5V 線性穩(wěn)壓器、帶有嵌入式 PHY 的高速 USB 2.0 OTG 和各種系統(tǒng)監(jiān)測和基礎設施系統(tǒng)的高分辨率音頻編解碼器。諸如 ADC 或 DAC 數(shù)據(jù)流、SPDIF 發(fā)射器等其他外設可共享一個集中的地址產(chǎn)生和數(shù)據(jù)傳輸功能，使之實現(xiàn) AHB 的主機單獨共享。 

由于高度的片上集成，矽瑪特 STMP3600 只需很少的外部元件即可構建一個完整的系統(tǒng)。這個特點可幫助制造商滿足消費電子市場對體積更小、功能更豐富、成本更低的產(chǎn)品需求。矽瑪特 STMP3600 集成了一整套便攜音頻播放器所需的模擬元件，可節(jié)省多達 20% 的印刷電路板（PCB）占板空間。

ARM926EJ-S CPU 是 STMP3600 的中央處理器，內(nèi)部配置了雙緩存、嵌入式 SRAM 和一個作為集成存儲管理單元。它可處理支持交叉衰減與后處理、 MP3 與 Windows Media  Audio（WMA）編碼以及靜態(tài)和動態(tài)視頻解碼等先進功能。STMP3600 能夠提供完整的微軟™ Windows Media 數(shù)字版權管理（第 10 版），并支持 PlaysForSure™  標識認證程序。上述功能與其他功能都被集成到矽瑪特的軟件開發(fā)工具包中。該軟件工具包專為 STMP3600 編寫，可加速多種多媒體應用產(chǎn)品的上市速度。

通過連接 DMA 的命令列表可實現(xiàn)對兩個橋接 DMA的控制。CPU 在啟動 DMA 之前就設定了DMA 命令鏈，DMA 命令鏈中包含外設和相關 DMA 通道的設置信息。DMA 控制器讀取 DMA 命令后寫入任意外設設置，命令外設啟動并傳輸數(shù)據(jù)，這一切都不需要 CPU 的干預。CPU 可在命令鏈的末尾加入命令， 以保持數(shù)據(jù)順暢流動。連接 DMA 命令架構將大部分實時 I/O 控制轉(zhuǎn)移到 DMA 控制器上，從而減輕了 CPU 的負擔。

高性能、低功耗、高效率的軟件功能管理也可通過高效的時鐘架構設計實現(xiàn)。例如，矽瑪特 STMP3600 共有三個時鐘源（2 個晶振和1 個鎖相環(huán)（PLL）），這三個時鐘源分別被分配到 24 個時鐘域當中。多個時鐘域有不同的頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)最小的功耗。用于多種外設的高速總線時鐘有一種自動減緩模式，能夠在低功耗的條件下保持設備的高性能。

STMP3600 還集成了一個完善的電源子系統(tǒng)，它具有如下特點：
•  兩個集成的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，可支持 1 節(jié) 、2 節(jié)和鋰離子電池；
•  兩個線性穩(wěn)壓器直接用 5V 電壓供電；
•  鎳氫電池和鋰離子線性電池充電器；
•  電池電壓和低電壓監(jiān)測；
•  重啟控制器；
•  系統(tǒng)溫度與速度監(jiān)視器；
•  用于 VDD、I/O 和 5V 電源的持續(xù)低電壓檢測 ；
•  鋰離子產(chǎn)生 USB-OTG 5V 電壓（采用PWM）；
•  支持5V和電池供電之間的不工作轉(zhuǎn)換；
•  集成的 FET 開關向外設供電。