Tecnologías centrales para el desarrollo de sistemas integrados
La tecnología de procesador está relacionada con la estructura del motor informático que implementa funciones del sistema. Muchos sistemas digitales no programables también pueden considerarse procesadores. La diferencia entre estos procesadores radica en su grado de especialización para funciones específicas. en sus Las especificaciones de diseño son diferentes a las de otros procesadores.
(1) Procesador de propósito general
Este tipo de procesador se puede utilizar para diferentes tipos de aplicaciones. Una característica importante son los programas almacenados, porque el diseñador no sabe cuál es el procesador. se ejecutará este tipo de operación, por lo que es imposible crear programas utilizando circuitos digitales. Otra característica es la ruta de datos universal. Para manejar varios cálculos, la ruta de datos es universal. La ruta de datos generalmente tiene una gran cantidad de registros y una o más unidades lógicas aritméticas de uso general. El diseñador sólo necesita programar la memoria del procesador para realizar las funciones requeridas, es decir, el software relacionado con el diseño. El uso de procesadores de propósito general en sistemas integrados tiene varias ventajas en términos de métricas de diseño. El tiempo de comercialización y el costo de NRE son bajos porque el diseñador solo necesita escribir el programa sin realizar ningún diseño digital. La flexibilidad es alta y los cambios de función se pueden realizar modificando el programa. En comparación con el diseño interno del procesador, el costo unitario es menor cuando la cantidad es pequeña.
Por supuesto, este método también tiene algunos defectos en los indicadores de diseño. Cuando la cantidad es grande, el costo unitario es relativamente alto, porque cuando la cantidad es grande, el costo del NRE de diseño propio se amortiza. lo que puede reducir el costo unitario. Al mismo tiempo, para algunas aplicaciones, el rendimiento puede ser deficiente. El tamaño del sistema y el consumo de energía pueden aumentar debido a la inclusión de hardware de procesador innecesario.
(2) Procesador de propósito único
Un procesador de propósito único es un circuito digital diseñado para ejecutar un programa específico. También se refiere a coprocesadores, aceleradores, periféricos, etc. . Por ejemplo, el códec JPEG ejecuta un único proceso para comprimir o descomprimir información de vídeo. Los diseñadores de sistemas integrados pueden crear procesadores de propósito único mediante el diseño de circuitos digitales específicos. Los diseñadores también pueden utilizar procesadores comerciales de propósito único prediseñados.
El uso de procesadores de propósito único en sistemas embebidos tiene algunas ventajas y desventajas en términos de indicadores. Estas ventajas y desventajas son básicamente opuestas a las de los procesadores de uso general: el rendimiento puede ser mejor, el tamaño y la potencia pueden ser menores, el costo unitario puede ser menor cuando la cantidad es grande y el tiempo de diseño y el costo de NRE pueden ser mayores. la flexibilidad es pobre y el costo unitario cuando la cantidad es pequeña El costo unitario es mayor y el rendimiento para algunas aplicaciones no es tan bueno como el de los procesadores de uso general.
(3) Procesador de propósito especial
Un procesador de conjunto de instrucciones de propósito especial (ASIP) es un procesador programable optimizado para un tipo específico de aplicación. Estas aplicaciones específicas tienen las mismas características, como control integrado, procesamiento de señales digitales, etc. El uso de ASIP en sistemas integrados puede proporcionar una mayor flexibilidad y, al mismo tiempo, garantizar un buen rendimiento, potencia y tamaño, pero dichos procesadores aún requieren costosos costos de NRE para construir el procesador en sí y los compiladores, microcontroladores y señales digitales. Los procesadores son dos tipos de ASIP ampliamente utilizados. El procesador es un microprocesador que realiza operaciones comunes en señales digitales, mientras que el microcontrolador es un microprocesador optimizado para aplicaciones de control integradas, generalmente aplicaciones de control de periféricos comunes en microprocesadores, como periféricos de comunicación en serie, temporizadores, contadores, moduladores de ancho de pulso y digitales. -Los convertidores analógicos, están integrados en el chip del microprocesador, haciendo que el producto sea más pequeño y de menor costo. (1) Personalización completa/VLSI
En la tecnología IC totalmente personalizada, cada capa debe optimizarse de acuerdo con la implementación digital de un sistema integrado específico. Los diseñadores comienzan a diseñar desde el tamaño del diseño, la ubicación y el cableado. los transistores para lograr el rendimiento óptimo de alta utilización del área del chip, velocidad rápida y bajo consumo de energía. Al utilizar máscaras para producir chips reales en una planta de fabricación, los diseños de circuitos integrados totalmente personalizados, también llamados a menudo diseños de circuitos integrados a gran escala, tienen altos costos de NRE, largos tiempos de fabricación y son adecuados para aplicaciones de alto volumen o de rendimiento crítico.
(2) ASIC semipersonalizado
El ASIC semipersonalizado es un método de diseño restringido, que incluye el método de diseño de matriz de puertas y el método de diseño de celda estándar. Es un hardware semiacabado con algunos componentes de unidad universal y grupos de componentes fabricados en el chip. El diseñador sólo necesita considerar las funciones lógicas del circuito y las conexiones razonables entre los módulos funcionales. Este método de diseño es flexible, conveniente y rentable, acorta el ciclo de diseño y mejora el rendimiento.
(3) ASIC programable
Todas las capas en el dispositivo programable ya existen. Una vez completado el diseño, el chip diseñado se puede disparar en el laboratorio sin ninguna participación. Fabricantes de circuitos integrados, el ciclo de desarrollo se acorta significativamente. Los ASIC programables tienen costos NRE más bajos, costos unitarios más altos, mayor consumo de energía y velocidades más lentas. La tecnología de diseño de sistemas integrados incluye principalmente dos categorías: tecnología de diseño de hardware y tecnología de diseño de software. Entre ellos, la tecnología en el campo del diseño de hardware incluye principalmente tecnología de diseño a nivel de chip y tecnología de diseño a nivel de placa de circuito.
El núcleo de la tecnología de diseño a nivel de chip es la compilación/síntesis, la biblioteca/IP y las pruebas/verificación. La tecnología de compilación/síntesis permite a los diseñadores describir la funcionalidad requerida de forma abstracta y analizar e insertar automáticamente detalles de implementación. La tecnología de biblioteca/IP lleva implementaciones de abstracción de bajo nivel prediseñadas a otras de alto nivel. La tecnología de prueba/verificación garantiza que cada nivel funcione correctamente, lo que reduce el costo del diseño iterativo entre niveles.