系统级芯片设计掀起新浪潮

消费者对电子产品的期望日益高涨，从而，不断为设计师和制造商们带来新的挑战。尽管他们的要求非常严格，但如何满足他们的这些需求，却已成为能否在这一风云变幻的市场胜出的决定性因素。 

随着全球消费电子市场繁荣发展，竞争愈演愈烈，产品设计师要开发出符合消费者期望的产品，其面临的压力日渐增加。更丰富的功能依然倍受消费者的青睐，但是，尽管更多功能可帮助厂商实现产品差异化，也弥补了较高的价格导致的劣势地位，但每增加一个新的功能，制造商都必须同时满足消费者对电池寿命的需求。例如，高分辨率彩色显示器目前已得到广泛采用，以实现更理想的浏览效果，许多设备还采用了先进的用户接口，但这些新的先进功能对电池寿命带来了极大的考验，而这也是消费者最不愿牺牲的性能特点之一。

此外，如今的消费者希望他们的电子设备能够在不断缩小体积的同时，实现卓越的性能，带来更强的音频/视频体验。当然，成本也一直是他们最关心的因素之一。 

然而，直到最近，设计师还在为新型应用要求的存储密度、随机存取速度及电源之间如何取舍进退维谷，他们不得不在速度、存储容量或电池寿命之间做出选择。无论他们选择增强哪一项功能，其他两项的性能都会受到影响，这显然与消费者的期望背道而驰，厂商也可能因此在市场上陷入劣势。 

除此之外，设计师重点攻克的领域一直以来都是简化硬件开发，但要在市场上取得竞争优势，这还远远不够。要为制造商打造整体解决方案、缩短设计周期和上市时间，设计师还必须采取硬件和软件协同设计的方法，将软件纳入设计开发范畴。   

要同时满足上述所有需求，系统级芯片（SoC）设计不失为一个理想的解决方案，它能为半导体供应商和制造商打造他们孜孜以求的竞争优势。通过将所有必需的功能集成在芯片上，既可减少芯片数量，又能够极大地降低功耗，整体物料成本也能降低许多，同时还缩短了开发时间。随着新型消费电子产品的不断涌现，某些设备的尺寸正在缩小到难以置信的地步，与此同时，SoC的集成式设计为厂商提供了一个迎合如今最热门趋势的途径。

作为模拟和混合信号IC领域领先的供应商，矽玛特公司（SigmaTel）从未停止过创新的步伐，一直致力于满足今天消费者的需求。为了给设计师提供更灵活地开发各种尺寸、各种价位、包含不同特征的新型便携式设备的空间，矽玛特开发了可降低功耗和成本的高度可编程的SoC。此外，矽玛特的技术适用于任何要求小巧尺寸的设备。许多国际知名品牌都已经在其内置MP3播放器的手表、太阳镜等创新型产品中采用了矽玛特的SoC。

矽玛特最新的STMP3600系列－第四代单芯片数字媒体系统为设计师们提供了一个理想的平台，可帮助他们满足消费者的严格要求。STMP3600可应用于数字音频播放器、PDA、录音机、手机、便携式视频播放器和数码照片夹中，这一理想的解决方案可帮助客户集更长电池寿命、更少外部元件、更高处理性能、出色的软件开发和调试支持于一体，实现上述最完美的功能组合。

为有效管理功耗，在SoC中集成一个功率管理单元不失为理想的解决方案。通过单芯片对其上的元件和固件布局进行优化，以取代多芯片布局，可以大幅降低功耗。如果再集成一个智能的锂离子电池充电器以及对自动电压控制（AVC）的支持功能，该功率管理单元可将系统功耗降低至原来的一半。此外，与典型的电压控制系统相比，在AVC的支持下，芯片的CPU可以以更高的频率运行，这样就可以在任何应用中实现更高的处理性能。矽玛特STMP3600就正内置了效率最高的功率管理单元，可在降低便携式应用功耗的同时实现最长的电池寿命。 

应用灵活性的最大化可通过尽量减少外部元件的数量和提供软件开发和调试支持来实现。此外，还必须打造多功能接口，以支持与各种闪存、ATA驱动器、串行总线或液晶显示器（LCD）的连接，实现蓝牙、WiFi等先进连接应用。 

至于SoC上的中央处理器，具有两个缓冲存储器、内置了SRAM并集成了存储管理单元（MMU）的ARM926 EJ-S CPU不失为理想的功能组合，它可提供所需的处理功率，以支持音频交叉衰减和后处理、MP3和Windows Media Audio（WMA）编码、静止和运动视频解码等先进功能。基于其ARM内核，消费电子开发者在现在及将来均可更灵活地进行产品设计，选择何种存储器作为新产品的接口，选择采用何种操作系统。这一特别的内核还包括ARM的DSP扩展功能，这样芯片供应商就可以不断开发低功耗数字音频控制器产品，同时还可为高端应用提供所需的额外处理能力。

ARM9EJ-S包含2个指令集：ARM状态下的32位指令集和Thumb状态下的16位指令集。内核可选择在ARM或Thumb状态下运行，或者在混合状态下运行，这样代码的密度和性能都可得到优化。ARM的研究表明，典型Thumb代码的尺寸仅为同等ARM代码的65%， 但在对存储带宽有所限制的应用中可将性能提升至其160%。 

初始引导和硬件初始化可通过包含芯片供应商预先写入的初始化代码的16K、32位片上掩膜可编程 ROM来实现。为保证设计的灵活性，ROM还需要集成软件，以提供大量的引导配置选择，包括用于老化和测试操作的制造引导模式，以及可从NAND闪存设备、NOR闪存设备、ATA硬盘驱动器等芯片外设备加载应用模式、从EEPROM设备加载I2C主机模式、从外部主机加载SPI主机模式的引导模式和USB恢复模式，以将上述模式加载到片上RAM。 

在开机时，ARM 内核执行的第一个命令来自 ROM。重设启动向量的地址位于 0xFFFF0000。片上启动编码中包含一个固件恢复模式。例如，如果设备不能从NAND 闪存、NOR 闪存或硬盘中启动，设备就会尝试从 PC 主机连接到 USB 端口。

此外，一个支持存储量高达512M外部 NOR 闪存设备的外部存储接口（EMI）控制器可用作连接SDRAM 的存储芯片。为了获得最高的存储效率，它需要与16位宽存储系统和支持 16M 到 512M JEDEC  的 SDRAM 系列产品一起使用。

USB控制器是 SoC 的基本外设之一。通过将一个专用  DMA 集成到 USB 控制器中并把它直接连接到高速 AHB 总线，USB可实现对系统存储中大量描述符、队列头和封抱载荷传输的高度随机访问。 

为了最大限度地实现应用灵活性，STMP3600 集成了种类繁多的I/O外设，它几乎可以连接各种类型的闪存、ATA 驱动器、串行总线或智能 LCD。此外，它还可通过集成高速应用 UART 和 SDIO 控制器，实现与蓝牙和  WiFi  等高级应用连接。其中包括一个带有耳机/扬声器放大器、8 通道低分辨率高分辨率 ADC、大电流电池充电器、5V 线性稳压器、带有嵌入式 PHY 的高速 USB 2.0 OTG 和各种系统监测和基础设施系统的高分辨率音频编解码器。诸如 ADC 或 DAC 数据流、SPDIF 发射器等其他外设可共享一个集中的地址产生和数据传输功能，使之实现 AHB 的主机单独共享。 

由于高度的片上集成，矽玛特 STMP3600 只需很少的外部元件即可构建一个完整的系统。这个特点可帮助制造商满足消费电子市场对体积更小、功能更丰富、成本更低的产品需求。矽玛特 STMP3600 集成了一整套便携音频播放器所需的模拟元件，可节省多达 20% 的印刷电路板（PCB）占板空间。

ARM926EJ-S CPU 是 STMP3600 的中央处理器，内部配置了双缓存、嵌入式 SRAM 和一个作为集成存储管理单元。它可处理支持交叉衰减与后处理、 MP3 与 Windows Media  Audio（WMA）编码以及静态和动态视频解码等先进功能。STMP3600 能够提供完整的微软™ Windows Media 数字版权管理（第 10 版），并支持 PlaysForSure™  标识认证程序。上述功能与其他功能都被集成到矽玛特的软件开发工具包中。该软件工具包专为 STMP3600 编写，可加速多种多媒体应用产品的上市速度。

通过连接 DMA 的命令列表可实现对两个桥接 DMA的控制。CPU 在启动 DMA 之前就设定了DMA 命令链，DMA 命令链中包含外设和相关 DMA 通道的设置信息。DMA 控制器读取 DMA 命令后写入任意外设设置，命令外设启动并传输数据，这一切都不需要 CPU 的干预。CPU 可在命令链的末尾加入命令， 以保持数据顺畅流动。连接 DMA 命令架构将大部分实时 I/O 控制转移到 DMA 控制器上，从而减轻了 CPU 的负担。

高性能、低功耗、高效率的软件功能管理也可通过高效的时钟架构设计实现。例如，矽玛特 STMP3600 共有三个时钟源（2 个晶振和1 个锁相环（PLL）），这三个时钟源分别被分配到 24 个时钟域当中。多个时钟域有不同的频率，能够实现最小的功耗。用于多种外设的高速总线时钟有一种自动减缓模式，能够在低功耗的条件下保持设备的高性能。

STMP3600 还集成了一个完善的电源子系统，它具有如下特点：
•  两个集成的 DC-DC 转换器，可支持 1 节 、2 节和锂离子电池；
•  两个线性稳压器直接用 5V 电压供电；
•  镍氢电池和锂离子线性电池充电器；
•  电池电压和低电压监测；
•  重启控制器；
•  系统温度与速度监视器；
•  用于 VDD、I/O 和 5V 电源的持续低电压检测 ；
•  锂离子产生 USB-OTG 5V 电压（采用PWM）；
•  支持5V和电池供电之间的不工作转换；
•  集成的 FET 开关向外设供电。