1.2 SoC概述
1.2.1 什么是SoC
SoC即系统级芯片又称片上系统（SoC，System on Chip）。SoC将系统的主要功能综合到一块芯片中，本质上是在做一种复杂的IC设计。SoC是集成电路设计和制造工艺发展的产物，它可以将整个系统集成在一个芯片上。
1995年美国的调查和咨询公司Dataquest对SoC的定义是：包括一个或多个计算“引擎”（微处理器/微控制器/数字信号处理器）、至少十万门的逻辑和相当数量的存储器。随着时间的不断推移和相关技术的不断完善，SoC的定义也在不断的发展和完善。图1-3所示为2009 ITRS给出的一个典型的、面向便携式消费电子应用的SoC结构示意图。它主要由多个主处理器、多个处理引擎（PE，Processing Engine）、多个外设及主存储器单元组成，具有高并行性的特点，同时可以完成多个功能。现在的SoC芯片上可整体实现CPU、DSP、数字电路、模拟电路、存储器、片上可编程逻辑等多种电路；综合实现图像处理、语音处理、通信协议、通信机能、数据处理等功能。
图1-3 面向便携式消费电子应用的SoC结构（2009 ITRS）
SoC按用途可分为两种类型：一种是专用SoC芯片，是专用集成电路（ASIC）向系统级集成的自然发展；另一种是通用SoC芯片，将绝大部分部件，如CPU、DSP、RAM、I/O等集成在芯片上，同时提供用户设计所需要的逻辑资源和软件编程所需的软件资源。
在目前的集成电路设计理念中，IP（Intelligent Property）是构成SoC的基本单元。所谓IP是指由各种超级宏单元模块电路组成并经过验证（Verfication）的芯核，也可以理解为满足特定规范，并能在设计中复用的功能模块，又称IP核（IP Core）。
从IP的角度出发，SoC可以定义为基于IP模块的复用技术，以嵌入式系统为核心，把整个系统集成在单个（或少数几个）芯片上完成整个系统功能的复杂的集成电路。目前的SoC集成了诸如处理器、存储器、输入/输出端口等多种IP。
1.2.2 SoC的优势
与传统设计相比较，由于SoC将整个系统集成在一个芯片上，使得产品的性能大为提高，体积显著缩小。此外，SoC适用于更复杂的系统，具有更低的设计成本和更高的可靠性，因此具有广阔的应用前景。
1.SoC可以实现更为复杂的系统
随着集成电路制造工艺的发展，SoC已经把功能逻辑、SRAM、Flash、E-DRAM、CMOS RF、FPGA、FRAM、MEMS集成到一个芯片上。甚至在近几年，传感器、光电器件也被集成到SoC中。可见SoC不仅是各种模块的集成，更是各类技术的相互集成，因此它可以完成更为复杂的系统功能。
随着SoC设计技术的发展，SoC上可以集成多个处理器和多个异构加速器，如用于嵌入式网络领域的高速网络驱动SoC芯片、高端游戏驱动芯片等。预测显示，一个在22nm工艺下生产的80个核的SoC其性能，将大于一个在45nm工艺下生产的8个核的SoC的20倍。
2.SoC具有较低的设计成本
集成电路的成本包括设计的人力成本、软硬件成本、所使用的IP成本，以及制造、封装、测试的成本。使用基于IP的设计技术，为SoC实现提供了多种途径，大大降低了设计成本。另外，随着一些高密度可编程逻辑器件的应用，设计人员能够在不改变硬件结构的前提下修改、完善甚至重新设计系统的硬件功能，这就使得数字系统具有独特的“柔性”特征，可以适应设计要求的不断变化，从而为SoC的实现提供一种简单易行而又成本低廉的手段。
3.SoC具有更高的可靠性
SoC技术的应用面向特定用户的需要，芯片能最大限度地满足复杂功能要求，因而它能极大地减少印制电路板上部件数和引脚数，从而降低电路板失效的可能性。
4.缩短产品设计时间
现在电子产品的生命周期正在不断缩短，因而要求完成芯片设计的时间就更短。采用基于IP复用（Reuse）的SoC设计思路，可以将某些功能模块化，在需要时取出原设计重复使用，从而大大缩短设计时间。
5.减少产品反复的次数
由于SoC设计面向整个系统，不再限于芯片和电路板，而且还有大量与硬件设计相关的软件。在软硬件设计之前，会对整个系统所实现的功能进行全面分析，以便产生一个最佳软硬件分解方案，以满足系统的速度、面积、存储容量、功耗、实时性等一系列指标的要求，从而降低设计的返工次数。
6.可以满足更小尺寸的设计要求
现实生活中，很多电子产品必须具有较小的体积，譬如可以戴在耳朵上的便携式电话，或者是手表上的可视电话。产品的尺寸限制，意味着器件上必须集成越来越多的东西。采用SoC设计方法，可以通过优化的设计和合理的布局布线，有效提高晶圆（Wafer）的使用效率，从而减少整个产品的尺寸。
7.可达到低功耗的设计要求
虽然芯片的规模、集成密度和性能要求都达到前所未有的水平，但其功耗问题日益突出。特别是便携式产品的广泛应用。例如移动通信等产品，功耗现在约1瓦，到2012年将达到3瓦。由于这类设备用电池作为电源，所以减少功耗就意味着延长使用时间以及减少电池的大小和重量。在SoC设计方法中，有多种降低芯片功耗的途径，在以后的章节中将会涉及。