片上系統(tǒng)SoC芯片的分類與設(shè)計(jì)
手機(jī)的片上系統(tǒng)SoC芯片可以說是屬于高端的SoC芯片模塊；相對的，也有低端的SoC芯片模塊、中低端的SoC芯片模塊。低端的片上系統(tǒng)SoC芯片模塊可以簡單理解為MCU芯片內(nèi)核加上特定的功能外設(shè)，多使用的MCU芯片內(nèi)核有8051內(nèi)核及 Cortex-M4 內(nèi)核，例如，TI設(shè)計(jì)生產(chǎn)的藍(lán)牙SoC模塊--CC2541芯片（億佰特具有對應(yīng)產(chǎn)品：E104-BT01）使用的8051內(nèi)核，同樣也是TI生產(chǎn)設(shè)計(jì)的藍(lán)牙SoC模塊--CC2640芯片（億佰特也有對應(yīng)產(chǎn)品：E72-2G4M05S1B）使用的Cortex-M3內(nèi)核。
下圖為CC2541芯片的簡化結(jié)構(gòu)框圖：從中可以看出，該片上系統(tǒng)SoC芯片模塊包含了51內(nèi)核、內(nèi)存管理、其他外設(shè)等，而其特定的功能便為藍(lán)牙射頻功能。可以說，不同的片上系統(tǒng)SoC芯片模塊適用于不同的領(lǐng)域。
片上系統(tǒng)SoC芯片模塊的設(shè)計(jì)需要軟硬件的同步設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，進(jìn)行仿真和建模，根據(jù)功能劃分軟件和硬件部分，在軟件和硬件協(xié)同完成，經(jīng)過測試，投產(chǎn)，便得到了所使用的SoC。
下圖為片上系統(tǒng)SoC芯片設(shè)計(jì)流程：
高級別的SoC芯片，比如華為海思的麒麟990——現(xiàn)今市面上最先進(jìn)的手機(jī)處理器芯片，集成了8核CPU、16核GPU和3核NPU構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能模塊、高速閃存控制模塊、圖像處理模塊、音頻和視頻處理模塊等等。與麒麟980相比，還增加了5G模塊。這種高級別的SoC需要十分復(fù)雜的設(shè)計(jì)和加工，高端SoC芯片的CPU、GPU、NPU這些模塊都得使用最先進(jìn)的工藝技術(shù)，成本高、工藝復(fù)雜、成品率低。如麒麟990采用臺(tái)積電7納米加工工藝，7納米節(jié)點(diǎn)大概需要4000多道工序，其中僅光刻掩膜成本就得花費(fèi)上千萬美元，而整體的芯片設(shè)計(jì)成本高達(dá)上億美元。因此，整顆芯片的造價(jià)才會(huì)如此昂貴。
除了片上系統(tǒng)SoC芯片，有時(shí)也還會(huì)聽說SIP（System in a Package），即系統(tǒng)級封裝。比較粗略地來看，SoC與SIP都是把邏輯組件和內(nèi)存組件等整合到一個(gè)系統(tǒng)中，但兩者的區(qū)別在于，SoC是從設(shè)計(jì)的初始，它就是一個(gè)集合的單獨(dú)的芯片；而SIP是以封裝的技術(shù)，將所需的功能模塊（模塊也可單獨(dú)使用或者掛載外部使用）封裝在一起從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本完整的功能。
以億佰特產(chǎn)品E78-900M系列采用的ASR6505和E76系列采用的EFR32FG1P131芯片為例。ASR6505是一顆SIP封裝，集成STM 8位核心（STM8L152）和LoRa（SX1262芯片）無線電收發(fā)器的通用的LoRa無線通信芯片組，也屬于MCU一類。
下圖為ASR6505的lora模塊框圖，ASR6505引出來的引腳既有STM8的、也有SX1262的引腳，其中SX1262與MCU通信相關(guān)的SPI引腳、DIO引腳、BUSY引腳已經(jīng)在芯片內(nèi)部連接在了一起。外部引出了晶振、UART、I2C等引腳用于芯片其他功能的擴(kuò)展和開發(fā)。對此芯片進(jìn)行開發(fā)時(shí)我們完全可以按照STM8的開發(fā)方式進(jìn)行。
ASR6505和ASR芯片LoRa通信模塊的框圖
對于E76系列無線模塊采用的EFR32芯片，就屬于片上系統(tǒng)SoC芯片模塊了。如下圖，可以看出，EFR32芯片內(nèi)部系統(tǒng)包含了CPU（使用ARM的Cortex-M4內(nèi)核）和存儲(chǔ)部分，時(shí)鐘管理，電源管理，無線電（包含了藍(lán)牙4.2，SUB-G等），通信串行總線，I/O，定時(shí)器，模擬接口和安全功能等。這些功能集合在單一的芯片上，完成了一個(gè)電子系統(tǒng)的功能。SIP和SoC皆有各自的優(yōu)勢和特點(diǎn)，對于片上系統(tǒng)SoC芯片，受限于技術(shù)障礙，設(shè)計(jì)周期等，SIP的發(fā)展在業(yè)界中愈被重視。
EFR32系統(tǒng)框圖
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