SOC - System on a Chip

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1 SOC - System on a Chip Was ist das und wofür sind sie gut? HS Düsseldorf Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Ulrich Schaarschmidt Maximilian Roitzheim Matrikelnummer: Wintersemester 17/18 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 2. System on a Chip 3. Weiterentwicklungen des SOCs 4. Fazit 2 1

2 Einleitung Eingebettete Systeme datenverarbeitende Systeme, Bauformen die im übergeordneten System integriert sind. Sie führen spezielle Aufgaben und Funktionen im übergeordneten System aus und werden ausschließlich für diese Board-System Funktion entwickelt. Multi-Chip-Module [1] (MCM) SOC 3 Aufbau: Board-System: Multi-Chip-Modul: SOC: Das Eingebettete System besteht aus einer oder mehreren Platinen aufgebaut. mehreren Chips, die auf einen Verdrahtungsträger verdrahtet werden und in ein einzelnes Gehäuse eingeschweißt werden. einem Chip, indem das ganze System integriert ist. 4 2

3 Soc MCM Board-Systeme Größe sehr klein klein sehr groß Leistungsverbrauch sehr niedrig sehr niedrig sehr hoch Zuverlässigkeit sehr hoch sehr hoch relativ gering Entwicklungskosten, Entwicklungszeit sehr hoch hoch gering Stückkosten bei sehr hoher Stückzahl ( 10 6 ) sehr gerin gerin hoch 5 System on a Chip Bauform eines ES Ganzes System auf einem Chip Ein oder mehrere Prozessoren Speicher Schnittstellen Bus Besonderheiten Robust Zuverlässig Energiesparend Einsatzgebiete: Wo viele Schnittstellen bedient werden müssen Wo die Stückzahlen sehr hoch sind Wo die Ausfall- und Funktionale Sicherheit eine wesentliche Rolle spielt Beispiele: Wearables Mobilgeräte Herzschrittmacher 6 3

4 Nachteil des System on a Chip ist der hohe Entwicklungsaufwand. nicht immer neu entwickelt aus bereits entwickelten Komponenten zusammengesetzt die einzelnen Komponenten werden in VHDL beschrieben und getestet 7 Weiterentwicklungen des SOCs System on a Programmable Chip (SOPC) In der Regel in einem FPGA realisiert Kann umprogrammiert werden An aktuelle Bedürfnisse / Anforderungen anpasst werden Implementierung/Aktualisierung von Hard- und Software Network on Chip (NOP) Problem: Grund: Lösung: Begrenzte Anzahl an Komponenten (Prozessoren) Über den Bus kann nur eine bestimmte Anzahl an Teilnehmern, mit hoher Performance, kommunizieren geschichtete Bus-Architekturen, Netzwerke, Switches Informationen werden geroutet 8 4

5 Fazit SOCs sind Bauformen von ES und sehr robust, zuverlässig und energiesparend Nachteil ist der hohe Entwicklungsaufwand Weiterentwicklungen in Form von SOPC und NOC Optimalste Bauform des ES, für eine Vielzahl von Anwendungen 9 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 10 5

6 Quellen [1] [2] [3] [4] 11 Dr. Walter Lange, Prof. Dr. Martin Bogdan: Entwurf und Synthese von Eingebetteten Systemen, Oldenbourg Verlag München, 2013 Vorlesungsskript: Embedded Systems I vom von Prof. Dr.- Ing. Ulrich Schaarschmidt von der Hochschule Düsseldorf. Steve Furber: ARM Rechnerarchitekturen für System-on-Chip- Design, mitp-verlag / Bonn, Diplomarbeit von Markus Jäger: Bereitstellung eines kompletten System-on-Chip aus lizenzfreien AMBA 2.0 Komponenten sowie des LEON3-SPARC-Prozessors im Xilinx-EDK, Universität Leipzig; Fakultät für Mathematik und Informatik; Institut für Informatik, Februar [5] Vorlesungsskript: Hardware/Software Codesign v.1.1 vom Sommersemester 2010 von Christian Plessl von der Paderborn Center for Parallel Computing Universität Paderborn [6] SoC.html, stand November [7] stand November [8] stand November [9] EmbeddedSystems/, stand November [10] NoC.html, stand November

7 Fragen Was ist ein System on a Chip (SOC) und wie ist es aufgebaut. Das System on a Chip ist eine Bauform eines Eingebetteten Systems. Dabei ist das gesamte System auf einem einzigen Chip integriert. Folie 3 und Nennen Sie die drei wesentlichen Eigenschaften / Vorteile vom System on a Chip (SOC). Kompakte Bauform (sehr klein) / Robust Niedriger Energie-, Leistungsverbrauch Hohe Zuverlässigkeit Folie 5 und

8 Nennen Sie eine Weiterentwicklung vom System on a Chip (SOC) und beschreiben Sie diese. Möglichkeit 1: System on a Programmable Chip (SOPC) Das System on a Programmable Chip ist ein der Regel in einem FPGA realisiert und kann umprogrammiert werden. Somit kann das SOPC im laufenden Prozess an aktuelle Bedürfnisse / Anforderungen angepasst werden, durch Implementierung bzw. Aktualisierung der Soft- und Hardware. Möglichkeit 2: Network on Chip (NOC) Das Problem vom System on a Chip ist die begrenzte Anzahl an Komponenten (Prozessoren), die mit einer hohen Performance über den Bus miteinander kommunizieren können. Die Gründe liegen in den Physikalischen Eigenschaften, sowie der Bus-Architektur selber. Um die Anzahl und die Performance zu steigern befindet sich im Network on Chip eine geschichtete Bus-Architektur. Somit werden die Informationen, wie in einem Netzwerk, geroutet. Folie