移动计算SoC IP组件设计
1 引言
移动操作或移动计算(mobile computing)原是通讯领域的研究方向，随着数字无线通信技术和嵌入式计算技术的发展、应用与融合，移动操作已逐步成为嵌入式系统中很具发展潜力的一个领域[1]。soc(system on a chip)是嵌入式系统的研究和开发热点[2]，其运用现代计算机和微电子学的高技术，实现单片系统集成，减小了体积、提高了运行效率、增强了可靠性、降低了功耗、减少了成本，被称作嵌入式系统应用的理想结构。移动操作和soc二者的结合开拓出了嵌入式系统研究与应用的新天地。为了解释移动操作soc的应用，这里举一个例子，如图1所示。
图1 一种移动操作soc的工作示意图
在图1中，移动操作soc被设置在汽车上，它通过gsm通信网络和控制中心、住家建立通信联系。车主能够通过汽车上的移动操作soc控制住家的各种家用电器设备，如在回家的路上可以启动电饭煲和微波炉;也可以向控制中心发出咨询和数据提取信息。同时，车主可以通过移动操作soc对住家内设置的保安系统、防火系统进行检查，及时发现问题，并向控制中心求助。另一方面，住家的安全问题信息也可以通过gsm传递给控制中心和车主，以便及时采取措施。
当车主在住家时，汽车上的移动操作soc和车上的防盗系统连接，在发生汽车被盗事件时，及时向车主和控制中心报警。
由此可见，在移动通信日益发达的今天，移动操作soc必将成为嵌入式系统应用研究新的热点之一，有着广阔的发展空间。
2 移动操作soc的结构
作为soc在移动通信控制的分支，移动操作soc和一般的soc在设计上是相似的。作为一个系统的核心，soc要完成运行、操作或控制功能，必须有相应的组件配合。而多数组件，尤其是外部组件在soc内都要有一个对应的控制器。所以，为了实现应用对象操作，soc要设计相当数量的组件控制器。组件控制器的设计，对soc而言就是一些ip(intellectual property)组件的设计。由于可编程器件pld具有简单易学、修改方便的特点，常常被用来作为设计ip组件的硬件支撑。
移动操作soc的基本结构见图2。在移动操作soc中，核心是嵌入式微处理器mpu。实际上，多数的mpu和是由mpu或pld设计与开发公司提供的，如mcs51系列的nios和32位的arm系列mpu核，分别由altera和arm公司提供给用户[3]。
图2 移动操作soc的基本结构
从用户的角度来看，进行soc设计的主要工作是ip组件的设计，以及系统的连接。尽管soc的ip核分为硬核、软核、固核，对于非专业集成电路设计的用户来说，多数采用基于pld的设计方法。也就是软硬结合的ip固核设计。
从图2可以看出，移动操作soc的ip设计主要包括两个部分：gsm接口ip组件和外部接口ip组件。其中gsm接口ip组件建立移动操作soc和gsm网络的通信联系和相应的数据变换;外部接口ip组件则负责soc与外部设备间的数据联系，并对某些外部设备器驱动控制作用。
相对来说，外部接口ip组件包含的内容更丰富。因为，这类ip组件对应的外部设备范围较广，而gsm接口ip组件只对应gsm网络。对一个嵌入了移动操作soc的电子产品而言，常用的外部设备包括键盘、显示、外部存储器和鸣响器件等。无论是键盘、显示、外部存储器，还是鸣响器件，其相应的ip组件都具有一定驱动控制功能。
基于pld设计soc的ip组件是较常用的方法。目前，应用较多pld器件是fpga和cpld，本文中介绍的ip组件设计是在基于vhdl编程的fpga上完成的[4]。
3 移动操作soc的ip组件设计
外部接口ip组件是移动操作soc应用中常用且范围较广的ip组件。外部数据存储器是soc的一种常用外部设备。为了实现soc对外部数据存储器的高效管理，要设计一个外部数据存储器ip组件。这个组件被命名为ram_fct。外部数据存储器ip组件结构可参考图3。
对照图2，图3中的ram_fct是外部数据存储器的ip组件，处于外部数据存储器和嵌入式mpu之间，通过数据(datain)、地址线(addrin)、控制(reset, write_e)和信号线(clk)等与mpu建立联系。
图3 外部ram ip组件的结构
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图1 一种移动操作soc的工作示意图
在图1中，移动操作soc被设置在汽车上，它通过gsm通信网络和控制中心、住家建立通信联系。车主能够通过汽车上的移动操作soc控制住家的各种家用电器设备，如在回家的路上可以启动电饭煲和微波炉;也可以向控制中心发出咨询和数据提取信息。同时，车主可以通过移动操作soc对住家内设置的保安系统、防火系统进行检查，及时发现问题，并向控制中心求助。另一方面，住家的安全问题信息也可以通过gsm传递给控制中心和车主，以便及时采取措施。
当车主在住家时，汽车上的移动操作soc和车上的防盗系统连接，在发生汽车被盗事件时，及时向车主和控制中心报警。
由此可见，在移动通信日益发达的今天，移动操作soc必将成为嵌入式系统应用研究新的热点之一，有着广阔的发展空间。
2 移动操作soc的结构
作为soc在移动通信控制的分支，移动操作soc和一般的soc在设计上是相似的。作为一个系统的核心，soc要完成运行、操作或控制功能，必须有相应的组件配合。而多数组件，尤其是外部组件在soc内都要有一个对应的控制器。所以，为了实现应用对象操作，soc要设计相当数量的组件控制器。组件控制器的设计，对soc而言就是一些ip(intellectual property)组件的设计。由于可编程器件pld具有简单易学、修改方便的特点，常常被用来作为设计ip组件的硬件支撑。
移动操作soc的基本结构见图2。在移动操作soc中，核心是嵌入式微处理器mpu。实际上，多数的mpu和是由mpu或pld设计与开发公司提供的，如mcs51系列的nios和32位的arm系列mpu核，分别由altera和arm公司提供给用户[3]。
图2 移动操作soc的基本结构
从用户的角度来看，进行soc设计的主要工作是ip组件的设计，以及系统的连接。尽管soc的ip核分为硬核、软核、固核，对于非专业集成电路设计的用户来说，多数采用基于pld的设计方法。也就是软硬结合的ip固核设计。
从图2可以看出，移动操作soc的ip设计主要包括两个部分：gsm接口ip组件和外部接口ip组件。其中gsm接口ip组件建立移动操作soc和gsm网络的通信联系和相应的数据变换;外部接口ip组件则负责soc与外部设备间的数据联系，并对某些外部设备器驱动控制作用。
相对来说，外部接口ip组件包含的内容更丰富。因为，这类ip组件对应的外部设备范围较广，而gsm接口ip组件只对应gsm网络。对一个嵌入了移动操作soc的电子产品而言，常用的外部设备包括键盘、显示、外部存储器和鸣响器件等。无论是键盘、显示、外部存储器，还是鸣响器件，其相应的ip组件都具有一定驱动控制功能。
基于pld设计soc的ip组件是较常用的方法。目前，应用较多pld器件是fpga和cpld，本文中介绍的ip组件设计是在基于vhdl编程的fpga上完成的[4]。
3 移动操作soc的ip组件设计
外部接口ip组件是移动操作soc应用中常用且范围较广的ip组件。外部数据存储器是soc的一种常用外部设备。为了实现soc对外部数据存储器的高效管理，要设计一个外部数据存储器ip组件。这个组件被命名为ram_fct。外部数据存储器ip组件结构可参考图3。
对照图2，图3中的ram_fct是外部数据存储器的ip组件，处于外部数据存储器和嵌入式mpu之间，通过数据(datain)、地址线(addrin)、控制(reset, write_e)和信号线(clk)等与mpu建立联系。
图3 外部ram ip组件的结构
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