基于SOC的系统设计

上海交通大学硕士学位论文基于S O C系统的12位SARADC 的设计DESIGN OF A 12 BIT SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ADC IN SOC SYSTEM硕士姓名：沈奇臻专业：电路与系统学号： 1060349010指导教师：戎蒙恬上海交通大学二零零八年十二月DESIGN OF A 12 BIT SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER ADC IN SOC SYSTEMByShen QizhenADVISOR: Prof. Rong MengtianA THESIS SUBMITTED TOSHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITYIN PARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENTSFOR THE DEGREEOF MASTER OF SCIENCEDepartment of Electrical Engineering ofShanghai Jiao Tong UniverisityDecember 2008II基于S O C系统的12位SARADC 的设计摘 要在现在的各种应用SoC系统中，由于系统的高性能、低功耗、低成本要求，一定会把数模转换器（ADC）模块作为一个必不可少的组成部分和其他的模拟模块以及数字模块一起集成于一块芯片上，这已经是种必然的趋势。

正是由于这个原因，一种能够与数字工艺兼容的ADC的设计就变得很必要。

SARADC是一种常见的ADC的结构，由于其本身的小尺寸低功耗的特点，非常适合应用于SoC系统。

本文设计的就是这样一个应用于SoC系统的，能够面向触摸屏应用的ADC模块。

它基于TSMC 0.18um 的1P5M工艺，总共包括了模拟电路中的比较器电路、DAC电路、触摸屏驱动电路，输入通道选择电路以及数字电路的移位逻辑控制电路和时钟频率转换电路。

针对高速低功耗抖动要求，本文给出一种电流按比例缩放结构的DAC结构，并采用温度码和二进制码的分段组合，在明显提高DAC的精度，降低电路的失配和毛刺现象的同时减小芯片的面积和功耗。

基于SoC的非对称数字系统算法设计与实现姜智;肖昊【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2024(47)5【摘要】文章提出一种在片上系统(System on Chip,SoC)实现高吞吐率的有限状态熵编码(finite state entropy,FSE)算法。

通过压缩率、速度、资源消耗、功耗4个方面对所提出的编码器和解码器与典型的硬件哈夫曼编码(Huffman coding,HC)进行性能比较,结果表明,所提出的硬件FSE编码器和解码器具有显著优势。

硬件FSE(hFSE)架构实现在SoC的处理系统和可编程逻辑块(programmable logic,PL)上,通过高级可扩展接口(Advanced eXtensible Interface 4,AXI4)总线连接SoC 的处理系统和可编程逻辑块。

算法测试显示,FSE算法在非均匀数据分布和大数据量情况下,具有更好的压缩率。

该文设计的编码器和解码器已在可编程逻辑块上实现,其中包括1个可配置的缓冲模块,将比特流作为单字节或双字节配置输出到8 bit 位宽4096深度或16 bit位宽2048深度的块随机访问存储器(block random access memory,BRAM)中。

所提出的FSE硬件架构为实时压缩应用提供了高吞吐率、低功耗和低资源消耗的硬件实现。

【总页数】6页(P655-659)【作者】姜智;肖昊【作者单位】合肥工业大学微电子学院【正文语种】中文【中图分类】TN762;TN764【相关文献】1.基于IEEE 1500的数字SOC测试系统的设计与实现2.基于片上系统SoC的孤立词语音识别算法设计3.OMA DRM 2数字版权保护终端系统的SoC设计方案及其VLSI实现4.无线通信系统数字变频算法设计与实现因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于SOC的嵌入式系统设计随着时代的发展和科技的进步，嵌入式系统被广泛应用到我们日常生活中的各个领域。

而基于SOC（System on Chip）的嵌入式系统设计已成为嵌入式系统设计中不可或缺的一部分。

本文将介绍基于SOC的嵌入式系统设计的基本概念、优势和应用场景。

一、基于SOC的嵌入式系统设计的基本概念SOC是指在一个微处理器芯片上集成了整个系统所需的各种硬件设备和软件系统的一种芯片。

它通常包括CPU、存储器、输入输出接口、计时器、中断控制器、外设控制器、DMA控制器等硬件模块，并预装有操作系统、中间件、应用程序等软件系统。

因此，SOC可以实现多种应用模式和应用场景，并能够在安全和高效的条件下实现复杂的计算和通信操作。

基于SOC的嵌入式系统设计是指将SOC应用到嵌入式系统设计中，以实现更高的集成度、更低的功耗和更高的运算性能。

基于SOC的嵌入式系统设计还能够缩短设计周期、降低开发成本和提高产品品质。

二、基于SOC的嵌入式系统设计的优势1.高度集成基于SOC的嵌入式系统设计能够将整个系统的各种硬件模块和软件系统集成在一个单一的芯片中，实现更高的集成度和更低的功耗。

这样不仅能够降低系统整体成本，还能够提高产品品质和稳定性。

2.灵活性和可编程性基于SOC的嵌入式系统设计还具有较高的灵活性和可编程性。

通过配置不同的硬件模块和软件系统，可以定制不同的应用场景和应用模式。

这样可以满足不同用户的需求，并为系统扩展提供了很大的空间。

3.低延时和高运算性能基于SOC的嵌入式系统设计具有低延时和高运算性能的特点。

由于整个系统集成在一个芯片中且硬件模块和软件系统高度匹配，因此整个系统可以最大化地发挥性能。

这样可以实现更稳定的通信和更高速的计算。

三、基于SOC的嵌入式系统设计的应用场景1.物联网在物联网领域，基于SOC的嵌入式系统设计可以应用于各种传感器、智能设备、控制器等场景。

通常，物联网设备需要具备低功耗、小体积、高可靠性和高度集成的特点。

SOC系统的设计与实现第一章引言SOC（System on Chip）是一种将多种类型的电子器件和部件集成到单个芯片上的设计方案。

SOC 的设计和实现可以实现系统的快速更新和迭代，并大幅降低系统成本。

本文将介绍 SOC 系统的设计和实现，包括系统级设计和物理级实现。

第二章 SOC 系统的设计2.1 需求分析SOC 系统设计首先需要进行需求分析，明确系统的需求和目标。

需求分析应该包括对系统功能、性能、功耗、可靠性、安全性等方面的考虑。

设计者需要从多个方面进行权衡，确保系统能够满足需求，并具备可扩展性和可维护性。

2.2 架构设计在需求分析的基础上，设计者需要确定 SOC 系统的架构。

架构设计应该考虑到系统功能模块的划分、模块之间的接口定义、系统总线设计等问题。

此外，架构设计还涉及到存储器系统、时钟和复位控制等问题。

2.3 IP 集成与接口设计SOC 系统的设计包含大量的 IP （Intellectual Property）集成。

设计者需要从多个 IP 提供商中选取适合项目需求的 IP，并对 IP进行集成和定制。

IP 集成也需要进行接口设计，确保不同 IP 之间的数据传输正确无误。

2.4 电源管理设计SOC 系统是一种低功耗、高性能的电子芯片，需要进行有效的电源管理。

设计者需要考虑电源管理单元的设计，以及电源开关、电源监控、电源序列控制等问题。

2.5 总线设计总线设计是 SOC 系统设计中比较重要的环节。

设计者需要选择适合项目需求的总线标准，并确定总线拓扑结构、总线速率和总线带宽等参数。

第三章 SOC 系统的实现3.1 物理实现流程SOC 系统的实现需要进行物理布局设计和物理验证。

物理实现流程包括 RTL（Register Transfer Level）到 gate-level 的综合、布局与布线等过程。

设计者需要遵循物理实现规范，确保芯片布局和布线符合设计要求。

3.2 时钟和时序分析时钟和时序分析是 SOC 系统实现中的一个重要环节。

基于ARM926EJ-S的SoC系统设计的开题报告一、研究背景现代计算机在嵌入式系统中的应用越来越广泛，如智能手机、平板电脑、智能家居等等。

随着技术的不断发展，如何设计一款高性能、低功耗、低成本的SoC（System on Chip）系统成为一个关键的问题。

本项目基于ARM926EJ-S处理器设计一个完整的SoC系统，探索如何在保持低成本和低功耗的同时兼顾性能和可扩展性的问题。

二、研究内容1. ARM926EJ-S处理器的架构及特性分析：对ARM926EJ-S处理器进行详细的介绍，包括处理器的架构、指令集、中断处理、时钟控制等方面的特性分析。

2. SoC系统架构设计：根据设计需求，选择适当的外设，如LCD、网络通信接口、键盘、触摸屏等，同时完成外设驱动程序设计、系统初始化以及中断处理等功能。

3. 系统软件设计：在嵌入式系统中，软件系统的设计是关键的，必须充分考虑代码大小、性能和可移植性等方面的问题。

本项目将采用uC/OS-II操作系统来完成系统软件的设计，通过任务管理、中断处理和系统调度等功能，提高系统的可靠性和可移植性。

4. SoC系统代码实现：在进行上述架构设计和软件设计之后，将对实现代码进行编写和测试，采用Verilog语言进行模块设计，通过模块之间的联调来完成SoC系统的实现。

三、研究意义本项目的研究具有重要的应用价值和学术价值：1. 提升嵌入式系统的设计技术：本项目将从处理器核的架构设计到系统软件设计、模块设计等方面进行研究，为开发人员提供参考和思路，提升嵌入式系统的设计技术。

2. 探索SoC系统在实际应用中的问题和解决方法：在探索高性能、低功耗、低成本的SoC系统设计问题的同时，更加深入地理解SoC系统在实际应用中的问题和解决方法。

3. 科学研究的意义：本项目将对ARM926EJ-S处理器进行详细的研究和剖析，从而更好地探索现代处理器设计的原理和方法，对于计算机体系结构和计算机组成原理的研究具有重要的科学意义。

第五讲SOC系统的结构设计
SOC系统是一种多核系统，它具有良好的计算性能，能够满足现代复
杂的应用和系统所需。

SOC系统的结构设计是一个复杂的过程，它具有灵
活性，可以满足多种应用场景的需要。

1、SOC系统的架构
总的来说，SOC系统的架构包括控制器、外设、存储器、连接器和
I/O接口。

控制器是SOC系统中的核心部件，主要由处理器、中央处理器、总线控制器、定时器/计数器、DMA控制器、中断控制器等组成。

外设与
控制器之间通过总线链接，主要由多个外设模块组成，包括视频处理器、
图像处理器、音频处理器等，用于处理多媒体数据。

存储器与控制器之间
的关系，存储器是存储系统中的重要部件，主要由RAM和ROM组成，它们
在控制器中负责数据的存储和访问。

连接器是SOC系统的重要部件，它在SOC系统中提供多核连接，主要包括多核和多芯的连接器。

最后，I/O接
口负责将SOC系统与外部系统连接，它可以是USB接口、I2C接口、PS/2
接口等。

2、SOC系统的设计
SOC系统的设计是一个复杂的过程，需要考虑多个因素，如系统的尺寸、能耗、功能、性能和成本等。

首先，SOC系统的处理器需要根据应用
的功能来确定，它的尺寸和功耗也会影响SOC系统的性能。

核发出中断请求信号，包含最多240个中断请求，以及1个不可屏蔽中断。

NVIC是与CPU紧密耦合的，它还包含了若干个系统控制寄存器。

2.2.3 总线系统总线系统用于将Cortex-M3内部的各个功能部件连接在一起。

总线系统包括：①内部总线系统；②处理器核内部的数据通道；③AHB Lite接口单元。

2.2.4 调试子系统作为Cortex-M3处理器重要的一部分，调试子系统提供下面的功能。

①管理调试控制、程序断点、以及数据监控点。

②当产生调试事件时，它将处理器核设置为停止状态。

此时，可以在该点分析处理器的状态，如寄存器值和标志。

2.3 异常处理与中断向量表设计Cortex-M3在内核水平上搭载了一个异常响应系统，支持为数众多的系统异常和外部中断。

向量中断控制器（NVIC）以存储器映射的方式来访问，除了包含控制寄存器和中断处理的控制逻辑之外，NVIC还包含了MPU的控制寄存器、SysTick定时器以及调试控制。

2.4 地址译码器和多路复用器设计本系统基于AHB-Lite所构建的Cortex-M3 SoC系统设计包含了地址译码器和多路复用器。

在系统中，来自不同从设备的响应信号，包括：HRDATA、HREADY和HRESP连接到多路复用器的输入，根据地址译码器所生成的选择信号，多路复用器将选择的从设备响应信号送给主设备。

其中HRDATA[31:0]是来自多路复用器到主设备的读数据，由多路复用器指向主设备；HREADY是来自多路复用器到主设备的准备信号，由多路复用器指向主设备和从设备，当该位为高时，该信号表示到主设备和先前完成传输的所用从设备。

2.5 APB子系统该APB子系统的顶层是AHB-Lite总线接口，可以与内核的AHB总线进行连接。

子系统内部包括的外设有定时器、UART、双输入定时器、看门狗电路、AHB到APB的桥接器、异步中断信号等。

表2为APB系统IRQ分配表。

表2 APB系统IRQ分配IRQ Device0UART 0 receive interrupt1UART 0 transmit interrupt2UART 1 receive interrupt3UART 1 transmit interrupt4UART2 receive interrupt5UART 2 transmit interrupt8Timer 09Timer 110Dual-input timer11Not used12UART 0 overflow interrupt13UART1 overflow interrupt14UART 2 overflow interrupt15Not used in APB subway16-31Not used in APB subway a: Reserved for GPIO in AHBb: Reserved for DMA2.6 时钟和复位电路设计本系统片上SoC系统主要包含HCLK、PCLK、PCLKG等三个时钟，HCLK时钟主要用于内核的工作时钟以及驱动片内高性能总线上挂载的外设。

基于SOC的多核图像处理算法的设计与实现近年来随着科技的不断发展，计算机科学与技术领域也在不断的创新与发展中，多核处理器技术的崛起，对于图像处理技术的提升起到了重要的作用。

现在已经有很多广泛使用的多核处理器，其中最常见的就是SoC系统，在SoC架构的基础上，可以实现高效的多核图像处理算法。

本文将对基于SoC的多核图像处理算法的设计与实现进行深入地探讨。

一、 SoC多核芯片的概述SoC全称System on Chip（系统单芯片），是将整个系统的功能集成到一个芯片中，就可以实现高度集成、高性能、低功耗和小体积的特点。

比如，电视机板卡、智能手机、电子书、车载系统等，这些芯片都采用了SoC架构，可以显著提升整个设备的功耗效率和性能。

SoC芯片采用了ARM内核和多个IP核的集成技术，内核支持Quickstart，可以快速调整软件策略以优化SoC体系结构的性能。

而多核处理器同样选择SoC架构，可以充分利用多个CPU核心，在处理图像数据时可以实现高效的并行计算和数据传输。

为了解决SoC芯片中存在的多个控制器和处理器之间的通信问题，一些解决方案采用了片上数据总线（On-chip Bus，OCB）来实现设备之间的连接。

二、多核图像处理算法的需求当设计多核处理架构时，处理与修改大量的图像数据是非常重要的应用。

为了高效地实现图像处理功能，需要以特殊的方式对系统进行设计。

多核图像处理算法的设计和实现也面临许多挑战，如如何合理地利用不同核的并行计算，并在多个核之间进行任务划分和数据传输，从而提高图像数据处理的帧速率。

基于此，需要进行大量的研究和算法优化，以完善并实现高效的多核图像处理算法。

三、多核图像处理算法的设计基于SoC的多核图像处理算法需要依赖于适当的软硬件启动环境和支持软件开发工具，同时还需要综合考虑各种算法的性能和适用性。

除此之外，还需要选择合适的操作系统、内核和驱动程序以支持多核处理器的并行计算和数据传输。

• 171•康。

建立信息化的同时政府需加大互联网平台的监管力度，通过制订相关法律法规确保互联网平台的食品安全宣传信息的有效性和真实性。

3.3 完善相关的法律法规除了引进新技术和建立信息化平台，建立健全相关法律法规也是保证食品安全至关重要的一环。

食品安全不是儿戏，谁出现责任就要追究谁。

完善相关法律法规，使监督管理人员在监督管理生产、加工和销售等环节时有法可依。

通过制定相关的法律法规来约束商家的行为，对于食品经营者来说，“法律”就是他们最好的监督者。

这样一来，可以让食品经营者、外卖商家等树立正确的价值标准和行为规范，进而让公民吃上健康无害的食品。

4.结语本文对食品安全的相关问题进行了研究，从检测技术、信息平台和法律法规三个方面提出解决策略。

检测技术用以实现对食品进行科学的分析判断；建立信息平台能使消费者全方位、有效的了解食品安全的相关信息和热点话题；完善相关法律法规可对食品生产的各个环节进行监督。

食品安全，关乎国家的国计民生，关乎每个家庭的幸福与快乐的程度，关乎每个人的生命健康，因此需充分认识当前食品安全工作的形势。

保障食品安全是一项长期的、艰巨的任务，从食物生厂厂商，到销售，再到消费者，且每一个环节随着时代的发展变化，还会涌现新的问题和挑战，因此，需要不断探索发展新的技术和信息化平台，健全相关制度保障舌尖上的安全。

基金项目：2017年广东省大学生创新创业训练计划资助项目（项目编号：201710588080）。

作者简介：许映城（1993—）,男，广东揭阳人，大学本科，现就读于广东技术师范大学，研究方向：电子与通信工程。

马锐军【通讯作者】（1991—），男，广东揭阳人，硕士研究生，广东技术师范大学助理实验师，研究方向：电子与通信工程。

莫颖娴（1997—），女，广东云浮人，大学本科，现就读于广东技术师范大学，专业方向为2016级自动化（师范）。

吴少辉（1997—），男，广东汕头人，大学本科，现就读于广东技术师范大学，专业方向为2016级自动化。