1.3 SoC

SoC（片上系統）是指將計算機或其他電子系統集成到單一芯片的集成電路。SoC的集成規模很大，一般達到幾百萬門到幾千萬門，相對比較靈活，它可以將ARM架構的處理器與一些專用的外圍芯片集成到一起，組成一個系統。

從狹義角度講，SoC是信息系統核心的芯片集成，是將系統的關鍵部件集成在一塊芯片上；從廣義角度講，SoC是一個微小型系統，如果說中央處理器（CPU）是大腦，那么SoC就是包括大腦、心臟、眼睛和手等的系統。

SoC集成了很多設備最關鍵的部件，如CPU、GPU、內存，也就是說，它由很多部件封裝組成。例如，通常我們所說的高通驍龍888、麒麟950、三星的Exynos 4412等都是系統部件封裝后的總稱，然而各企業封裝的內容不盡相同。

圖1-29所示是一個典型的基于ARM架構的經典SoC的架構。

一個基于ARM架構的經典SoC架構通常包含以下主要部件。

（1） ARM處理器核。

（2） 時鐘和復位控制器。

（3） 中斷控制器。

（4） ARM外圍設備。

（5） GPIO：通用輸入輸出。

（6） DMA Port：直接存儲器訪問端口。

（7）外部內存接口。

（8）片上RAM。

（9） AHB、APB總線。

ARM處理器核只有兩種中斷輸入，分別為nIRQ、nFIQ，基于中斷的外設數以百計，由中斷控制器來管理這些中斷。在外設內部，各組件通過芯片上的互聯總線相互連接，對于大多數基于ARM架構的設備，這就是標準的 AMBA互聯。

AMBA（高級微控制器總線體系結構）指定了兩個總線，分別為AHB（高級高性能總線）和APB（高級外設總線）。APB通常用于連接所有外設，AHB則用于連接存儲器和其他并發高速設備。

現有的ARM處理器，如Hisi-3507、Exynos 4412等都是SoC，尤其是應用處理器，它集成了許多外設，為執行復雜的任務提供了強大的支持。

SoC無法單獨運行操作系統，還需要借助大量的外設最終才能形成一個完整的系統。圖1-30所示為三星公司生產的Exynos 4412處理器，大部分復雜的硬件模塊已經集成到了這個SoC中，它利用32nm HKMG（高K金屬柵極技術）制程，支持雙通道LPDDR，主頻由266MHz提升至400MHz，整體性能比同時期的雙核處理器提升了60%，圖像處理能力提升了50%。

和三星公司相同，其他和ARM公司合作的企業通常會把CPU和各類外設的IP核集成到一起，然后按照圖紙去流片（像流水線一樣，通過一系列工藝制造芯片），生產出來的芯片不僅包含CPU，還包含其他控制器，形成了一個完整的SoC。

各大廠商得到ARM公司的授權，獲得ARM處理器的源程序，然后購買或設計一些外設，它們組成一個SoC，最后去流片。不同的SoC架構不同（即CPU如何和IP核聯系起來，有的以總線為核心，有的以DDR為核心）。可是，無論任何企業如何改進自己的SoC，都不會更改CPU,ARM處理器就好好地待在那里。

學習ARM就必須深刻了解SoC架構，當我們得到一個新的SoC的數據，首先要查看SoC的RAM、時鐘頻率、外設的控制器、各個外設控制器的操作原理、各個外設對GPIO引腳的復用情況、各個控制器的地址、中斷控制器如何管理眾多中斷源等信息。官方提供的用戶手冊是我們學習ARM、編寫驅動程序的基石，該手冊內容比較多，我們并不需要每一章都掌握，用到哪個部分，我們就去學習即可。

2012年初，三星公司正式推出了自家的首款四核移動處理器—Exynos 4412。下面我們以該處理器為例，來講解這幾個概念。

（1）三星公司的Exynos 4412是一款基于Cortex-A9處理器的SoC。

（2） Exynos 4412包含了4個Cortex-A9的處理器（核）。

（3） Cortex-A9是基于ARMv7-A架構（指令集）的。

基于Exynos 4412的FS4412開發板硬件結構如圖1-31所示，其包含如下部分。

（1） 4個Cortex-A9處理器。

（2） 1MB的 L2 Cache。

（3） GIC：通用中斷控制器。

（4） 中斷控制器。

（5） NEON:ARM處理器的擴展結構，用于加速音/視頻的編/解碼，優化用戶界面。

（6） RAM控制器、DRAM控制器、NAND Flash控制器、SROM控制器等各種存儲設備的控制器。

（7） USB、I2C、SPI等總線接口。

（8） RTC：實時時鐘。

（9）看門狗。

（10）聲音子系統。

（11） IIS：集成語音接口。

（12）電源管理部件。

（13）一些外設元器件（LED、按鍵、傳感器、內存條、網卡等）。

（14）外接顯示器、鼠標、鍵盤、攝像頭、音響等。