1.3 SoC

SoC（片上系统）是指将计算机或其他电子系统集成到单一芯片的集成电路。SoC的集成规模很大，一般达到几百万门到几千万门，相对比较灵活，它可以将ARM架构的处理器与一些专用的外围芯片集成到一起，组成一个系统。

从狭义角度讲，SoC是信息系统核心的芯片集成，是将系统的关键部件集成在一块芯片上；从广义角度讲，SoC是一个微小型系统，如果说中央处理器（CPU）是大脑，那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手等的系统。

SoC集成了很多设备最关键的部件，如CPU、GPU、内存，也就是说，它由很多部件封装组成。例如，通常我们所说的高通骁龙888、麒麟950、三星的Exynos 4412等都是系统部件封装后的总称，然而各企业封装的内容不尽相同。

图1-29所示是一个典型的基于ARM架构的经典SoC的架构。

一个基于ARM架构的经典SoC架构通常包含以下主要部件。

（1） ARM处理器核。

（2） 时钟和复位控制器。

（3） 中断控制器。

（4） ARM外围设备。

（5） GPIO：通用输入输出。

（6） DMA Port：直接存储器访问端口。

（7）外部内存接口。

（8）片上RAM。

（9） AHB、APB总线。

ARM处理器核只有两种中断输入，分别为nIRQ、nFIQ，基于中断的外设数以百计，由中断控制器来管理这些中断。在外设内部，各组件通过芯片上的互联总线相互连接，对于大多数基于ARM架构的设备，这就是标准的 AMBA互联。

AMBA（高级微控制器总线体系结构）指定了两个总线，分别为AHB（高级高性能总线）和APB（高级外设总线）。APB通常用于连接所有外设，AHB则用于连接存储器和其他并发高速设备。

现有的ARM处理器，如Hisi-3507、Exynos 4412等都是SoC，尤其是应用处理器，它集成了许多外设，为执行复杂的任务提供了强大的支持。

SoC无法单独运行操作系统，还需要借助大量的外设最终才能形成一个完整的系统。图1-30所示为三星公司生产的Exynos 4412处理器，大部分复杂的硬件模块已经集成到了这个SoC中，它利用32nm HKMG（高K金属栅极技术）制程，支持双通道LPDDR，主频由266MHz提升至400MHz，整体性能比同时期的双核处理器提升了60%，图像处理能力提升了50%。

和三星公司相同，其他和ARM公司合作的企业通常会把CPU和各类外设的IP核集成到一起，然后按照图纸去流片（像流水线一样，通过一系列工艺制造芯片），生产出来的芯片不仅包含CPU，还包含其他控制器，形成了一个完整的SoC。

各大厂商得到ARM公司的授权，获得ARM处理器的源程序，然后购买或设计一些外设，它们组成一个SoC，最后去流片。不同的SoC架构不同（即CPU如何和IP核联系起来，有的以总线为核心，有的以DDR为核心）。可是，无论任何企业如何改进自己的SoC，都不会更改CPU,ARM处理器就好好地待在那里。

学习ARM就必须深刻了解SoC架构，当我们得到一个新的SoC的数据，首先要查看SoC的RAM、时钟频率、外设的控制器、各个外设控制器的操作原理、各个外设对GPIO引脚的复用情况、各个控制器的地址、中断控制器如何管理众多中断源等信息。官方提供的用户手册是我们学习ARM、编写驱动程序的基石，该手册内容比较多，我们并不需要每一章都掌握，用到哪个部分，我们就去学习即可。

2012年初，三星公司正式推出了自家的首款四核移动处理器—Exynos 4412。下面我们以该处理器为例，来讲解这几个概念。

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

（2） Exynos 4412包含了4个Cortex-A9的处理器（核）。

（3） Cortex-A9是基于ARMv7-A架构（指令集）的。

基于Exynos 4412的FS4412开发板硬件结构如图1-31所示，其包含如下部分。

（1） 4个Cortex-A9处理器。

（2） 1MB的 L2 Cache。

（3） GIC：通用中断控制器。

（4） 中断控制器。

（5） NEON:ARM处理器的扩展结构，用于加速音/视频的编/解码，优化用户界面。

（6） RAM控制器、DRAM控制器、NAND Flash控制器、SROM控制器等各种存储设备的控制器。

（7） USB、I2C、SPI等总线接口。

（8） RTC：实时时钟。

（9）看门狗。

（10）声音子系统。

（11） IIS：集成语音接口。

（12）电源管理部件。

（13）一些外设元器件（LED、按键、传感器、内存条、网卡等）。

（14）外接显示器、鼠标、键盘、摄像头、音响等。