SOC

SOC的简介和对比

SOC通常应用在嵌入式系统中，嵌入式系统具备三个特点：专用性（特定应用）、严格约束（成本、尺寸、性能和功耗）及反应性与实时性（需要不断的根据所处环境做出反应，实时的计算出相应结果）。常见的微处理器还有MCU、DSP等。

1.SOC VS MCU：

MCU：通常包含了必要的CPU、RAM、ROM、定时器及I/O等外设，根据具体应用还会包含不同的外设，如比较器、AD/DA等等，更加专注于小型系统的应用，通常不包含复杂的系统软件和或应用程序。
SOC：包含了一个或多个CPU、甚至根据应用还会包含GPU、ISP、DSP、ASIC等核，相比MCU拥有更多的资源（计算、存储和I/O资源），可以完成更加复杂的应用。例如我接触的第一款SOC是TI的CC2540这颗BT芯片，里面就集成了BLE的内核，使得使用BLE功能时不在需要外挂一颗BT芯片从而提高了集成度。再到我们使用的手机SOC也会将基带功能集成到SOC中。

换句话说：MCU有的功能SOC都有，但是SOC有的MCU不一定有。也可以理解SOC是能力更强的MCU，或者说SOC是为了在移动互联网时代取代PC的产物。但是SOC和MCU的界限并不是很清晰，一些功能指向很单一的SOC从应用场景的角度上也类似MCU的场景。但是总体的大方向是SOC可以处理更加复杂的事务和应用。

2.SOC的构成和选型要素

SOC的必要构成：CPU、RAM、ROM及外设（种类繁多，主要看应用需求）。
SOC的可选组件：GPU、DSP、ISP、ASIC等。

下图基于ARM的SOC框图为例，整个SOC由片上总线（AMBA）连接到各个分管不同应用的处理核上组成。图中总线分三条（AHB、ASB和APB）由bridge连接，分别对应了CPU、系统控制、存储和外设三种类型。

SOC的选型通常是产品设计中的第一个问题，首要的问题就是产品需要多大的计算能力（算力），第二个问题就是产品需要多少存储能力，第三个问题是产品需要接入那些外设以满足应用需求。回答了上面三个问题，接下来要思考：产品的功耗、尺寸、成本和性能。以此来限定选型范围最终完成选型。

计算能力从下面几个方面考虑：CPU是否够用，需要DSP吗？是否需要人工智能算法运行？是否需要GPU和ISP等图像处理器。

CPU的指令集，如下图中罗列。指令集定定义了CPU可以执行的全部指令的集合，可以看成是CPU的最底层抽象。CISC复杂指令集在PC中更常见，而RISC在精简指令集常见于各种嵌入式应用的CPU中，其中以ARM应用最为广泛。其他两种指令集更常见于其他专用处理器，例如VLIW超长指令字指令集常见于DSP中。CPU常见几种性能评估参数：MIPS、DMIPS和Coremark。另外要关注Cache大小，同样的CPU可能会有不同的Cache大小。

在ARM的体系中CPU分三个系列：Cortex-A@应用型（密集应用型）、Cortex-R@嵌入式型（实时性）和Cortex-M@微处理型（MCU）。以此可以大概圈定选型范围。再根据具体应用和SOC厂商的推荐场景来缩小范围，但一般确定选型都需要实际业务运行的验证，因此就需要EVB等实体硬件进行评估。

3.SOC的存储

存储是一个系统中必不可少的，根据应用的复杂程度和场景，一般的需要DRAM和Flash组成存储系统。简单系统中一些SOC会直接将DRAM和Flash封装在SOC package中以提高集成度使得产品的体积可以进一步缩小以满足便携性。

分两个部分来看，第一个DRAM，通常和SRAM来形成对比。SRAM更适合于高速的应用比如CPU和内存之间的Cache，而DRAM更适合于做更大容量的应用，因此被用来存储程序和程序运行过程中的数据。

	SRAM	DRAM
组成	6个晶体管	1个电容+1个晶体管
速度	快	慢
功耗	低	高

SRAM VS DRAM

SRAM一般都集成在SOC中，下面说明Jedec定义的三类DRAM。标准DDR适合于服务器、数据中心和PC等应用，可以提供较好的带宽和密度；低功耗LPDDR适合于手机和汽车等应用，提供较小的带宽和很低的功耗；第三类针对图像的GDDR，分类两类GDDR和HBM，提供很高的数据吞吐量。同样在一个系统运行除了RAM也需要ROM来存储程序和数据，两者最大的区别就是掉电后数据是否可以保持。

DRAM的技术演进到目前已经到DDR5和GDDR7（2023年7月，Samsung开发完成），移动端目前到LPDDR5x。