XC7Z100-2FFG900I – інтегральні схеми, вбудовані системи на кристалі (SoC)

Базова архітектура SoC

Типова архітектура системи на кристалі складається з таких компонентів:
- Принаймні один мікроконтролер (MCU), мікропроцесор (MPU) або процесор цифрових сигналів (DSP), але може бути кілька ядер процесора.
- Пам'ять може бути однією або кількома з RAM, ROM, EEPROM та флеш-пам'яті.
- Генератор і схема фазової автопідстройки частоти для забезпечення імпульсних сигналів часу.
- Периферійні пристрої, що складаються з лічильників і таймерів, схем живлення.
- Інтерфейси для різних стандартів підключення, таких як USB, FireWire, Ethernet, універсальний асинхронний трансивер і послідовні периферійні інтерфейси тощо.
- АЦП/ЦАП для перетворення між цифровими та аналоговими сигналами.
- Схеми регулювання напруги та регулятори напруги.
Обмеження SoC

В даний час дизайн комунікаційних архітектур SoC є відносно зрілим.Більшість компаній-виробників чіпів використовують архітектури SoC для виробництва чіпів.Однак, оскільки комерційні додатки продовжують прагнути до співіснування інструкцій і передбачуваності, кількість ядер, інтегрованих у чіп, буде продовжувати збільшуватися, а архітектурам SoC на основі шини стане все важче відповідати зростаючим вимогам обчислень.Основними проявами цього є
1. погана масштабованість.Проектування системи SoC починається з аналізу системних вимог, який ідентифікує модулі апаратної системи.Щоб система працювала коректно, положення кожного фізичного модуля в SoC на чіпі є відносно фіксованим.Після завершення фізичного дизайну необхідно внести зміни, які фактично можуть бути процесом редизайну.З іншого боку, SoC на основі шинної архітектури обмежена кількістю процесорних ядер, які можуть бути розширені на них через властивий арбітражний механізм зв’язку архітектури шини, тобто лише одна пара процесорних ядер може спілкуватися одночасно.
2. Завдяки архітектурі шини, заснованій на ексклюзивному механізмі, кожен функціональний модуль у SoC може спілкуватися з іншими модулями в системі лише після того, як він отримає контроль над шиною.Загалом, коли модуль отримує арбітражні права шини для зв’язку, інші модулі в системі повинні чекати, поки шина звільниться.
3. Проблема синхронізації одного годинника.Структура шини потребує глобальної синхронізації, однак, оскільки розмір елемента процесу стає все меншим і меншим, робоча частота швидко зростає, досягаючи 10 ГГц пізніше, вплив, спричинений затримкою підключення, буде настільки серйозним, що неможливо спроектувати глобальне дерево синхронізації , і через величезну тактову мережу його енергоспоживання займатиме більшу частину загального енергоспоживання чіпа.