XC7Z100-2FFG900I – Integrerade kretsar, inbyggda, System On Chip (SoC)

Grundläggande SoC-arkitektur

En typisk system-on-chip-arkitektur består av följande komponenter:
- Minst en mikrokontroller (MCU) eller mikroprocessor (MPU) eller digital signalprocessor (DSP), men det kan finnas flera processorkärnor.
- Minnet kan vara ett eller flera av RAM, ROM, EEPROM och flashminne.
- Oscillator och faslåsta kretsar för att ge tidspulssignaler.
- Kringutrustning bestående av räknare och timers, strömförsörjningskretsar.
- Gränssnitt för olika anslutningsstandarder som USB, FireWire, Ethernet, universell asynkron transceiver och seriella perifera gränssnitt, etc.
- ADC/DAC för konvertering mellan digitala och analoga signaler.
- Spänningsregleringskretsar och spänningsregulatorer.
Begränsningar för SoCs

För närvarande är utformningen av SoC-kommunikationsarkitekturer relativt mogen.De flesta chipföretag använder SoC-arkitekturer för sin chiptillverkning.Men eftersom kommersiella applikationer fortsätter att sträva efter samexistens och förutsägbarhet av instruktioner, kommer antalet kärnor som är integrerade i chipet att fortsätta att öka och bussbaserade SoC-arkitekturer kommer att bli allt svårare att möta de växande kraven på datoranvändning.De viktigaste manifestationerna av detta är
1. dålig skalbarhet.soC-systemdesign börjar med en systemkravsanalys, som identifierar modulerna i hårdvarusystemet.För att systemet ska fungera korrekt är positionen för varje fysisk modul i SoC på chippet relativt fixerad.När den fysiska designen har slutförts måste ändringar göras, vilket i praktiken kan vara en omdesignprocess.Å andra sidan är SoCs baserade på bussarkitektur begränsade i antalet processorkärnor som kan utökas på dem på grund av bussarkitekturens inneboende arbitrationskommunikationsmekanism, dvs bara ett par processorkärnor kan kommunicera samtidigt.
2. Med en bussarkitektur baserad på en exklusiv mekanism kan varje funktionsmodul i en SoC endast kommunicera med andra moduler i systemet när den har fått kontroll över bussen.Som helhet, när en modul förvärvar bussarbitreringsrättigheter för kommunikation, måste andra moduler i systemet vänta tills bussen är ledig.
3. Problem med synkronisering av en enda klocka.Bussstrukturen kräver global synkronisering, men eftersom processfunktionsstorleken blir mindre och mindre ökar driftsfrekvensen snabbt och når 10GHz senare, påverkan som orsakas av anslutningsfördröjningen blir så allvarlig att det är omöjligt att designa ett globalt klockträd , och på grund av det enorma klocknätverket kommer dess strömförbrukning att uppta det mesta av chipets totala strömförbrukning.