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SoC集成复杂性:大小并不(总是)重要

即使是小型物联网设计也可以在建筑和集成中具有大量复杂性。

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在谈论片上系统(SOC)的复杂性拖运怪物示例:应用处理器,巨大AI芯片等时,这是常见的。与那种传统打破,考虑一个东西(物联网)设计,仍然可以挑战工程师在建筑和集成中具有充足的复杂性。这种复杂性从两个驾驶员弹出:功耗非常低,即使使用收获的MEMS电源而不是电池,而且快速转变为基于共同的SoC平台建立庞大的产品系列,同时保持对开发和单位成本的紧密控制。


图1:低功耗Ti CC26xx处理器的框图。(来源:Linley Group,“使用NoC技术的低功耗设计”; TI)

对于这些类型的始终芯片,需要一个实时时钟来定期唤醒系统 - 感知,计算,沟通,然后重新睡眠;用于控制,处理,加安全功能的微控制器(MCU);和本地内存和闪存要存储软件。配置,调试和连接到多个外部传感器/执行器所需的I / O.也是必要的是一种无线接口,如蓝牙低能量,因为目的首先在仓库应用程序中,并且相对短的链路对于该应用程序也可以。

这已经是一个复杂的SoC,而设计者甚至没有开始考虑添加更多功能。对于围绕该芯片内置的产品,在硬币电池电池或太阳能电池板上运行多年,几乎所有这些功能都必须在大部分时间下发。大多数设备必须处于可切换的电源域,并且具有很可能的可切换电压域,用于动态电压和频率缩放(DVFS)支持。需要一种功率管理器来控制该功率和电压切换,必须为此SOC构建/生成。该电源状态控制器将添加控件和状态寄存器(CSR)最终与嵌入式软件堆栈连接。


图2:TI CC26XX SOC中有十个功率域。除了始终逻辑外,处理器还具有两个电压域(标有*)。(来源:Linley Group,“使用NoC技术的低功耗设计”; TI)

通过此SOC运行是互连,连接所有这些设备,接口和CSR的片上通信骨干。请记住,通过时钟切换甚至被动地,互连互连,甚至被静电泄漏电源。因为他们连接一切,传统的公共汽车都是全部或全部关闭,这在试图延长电池寿命时并不重要。设计人员还需要互连的细粒度电源管理,旧总线技术缺乏缺乏的能力。

设计团队如何在IOT芯片中实现极低的功耗?通过倾倒电力饥饿的总线并切换到片上网络(NOC)互连。

实际的生产芯片实现表明,与公共汽车和跨栏相比,将到NOC的转换为两到九次的任何地方都会降低总功耗。NOCS具有较低功耗的主要原因是NOC的较低模具面积与总线和跨栏和多级时钟门控(局部,单位级别和根)相比,这使得能够复杂的多个电源域。这提供了三个级别的时钟门控。对于TI IOT芯片,工程团队实现了多个重叠电源和时钟域,以满足使用最小功率的用例,同时将电流绘制到IDLE模式中仅为0.55mA。使用NOC可以减少主动和备用电源,允许团队使用标准CR2032硬币电池创建可在一年内运行的IOT芯片。

低功耗不足以创建成功的物联网芯片。这些市场是Fickle,需要低成本,同时满足无线连接标准,传感器,显示器和执行器接口的不断变化的要求。现在,工程师必须根据我们的初始IOT平台架构考虑变体或衍生品。这些可以从窄带互联网(NB-IOT)无线选择,用于农业和物流市场到音频接口报警和基于AI的异常检测。从共同的架构SoC平台创建多个衍生芯片,这是完美的战略意义,但如果有人犯了选择公共汽车,这将如何影响实现这一问题?传统的总线结构对地板的影响不成比例。在功能上更改一下,地板平面图可能需要大大改变,导致芯片架构的事实上“重新旋转”,击败了平台策略的目的。工程师可以预测所有这一切,同时还在基线产品上工作吗?有没有办法将更多的地板可重用性建立在第一次实施中?

低功耗soc的平台策略不只是关于互连IP。随着工程师通过增加、删除或重新配置ip、优化互连结构和电源管理来调整和增强每个设计,软件与硬件的接口也将发生变化。完全正确的界面是相当关键的。这里的一个错误可能会让设备无法使用,但至少有人会很快发现这一点。对底线造成更大损害的是,当电源域应该关闭时,一个小错误可能会留下。电池的预期寿命从1年降至3个月。简单的内存映射不能依赖于手动更新和验证。它必须自动生成。基于IP- xact的IP部署技术提供了最先进的功能,以在整个产品生命周期中维护这种类型的设计数据的可追溯性并保证其正确性。

尽管这些设计与大型社会相比很小,但仍有很大的复杂性,但有很多机会才能得到错误。有关更多信息,请联系Arteris IP



2评论

亚历克斯 说:

为什么NoC饥饿的力量比横梁或简单的公共汽车更少?NOC本身是一种横杆......这个断言真的是值得怀疑的。

您无法比较电力消耗的设计,而无需提供对它们的详细描述

库尔特·舒勒 说:

抱歉迟到的回应:一直在度假!

我们需要思考系统级别:

*物联网芯片的NoC的一个优势是,你可以精细地控制芯片内的电源和时钟域。尽管上面的TI SimpleLink框图看起来并不复杂,但它有10个通过NoC独立控制的权力域。一旦你将电压缩放和时钟频率的不同选项结合起来,你就得到了一个非常复杂的芯片,它以比总线或交叉条低得多的速率消耗能量。

*另一个优点是在IOT芯片上赚钱的方法是拥有一个具有来自它的多个变体的公共平台。该变体具有不同的无线电组合,不同的传感器类型等。可能存在数十种变体,并且这些芯片中的大多数在市场上不会成功。但是一对夫妻将非常成功!NOC是我们的IOC客户可以轻松地将不同的传感器和无线基带IPS切换到公共平台,而不会影响其余的SOC设计。

希望会有帮助!
库尔特

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