system on chip " SOC نظره بسيطة حول الـ

الSoC هي اختصار للجملة System on Chip أي نظام على شريحة و تتلخص فكرته بتجميع مكونات الحاسب الأساسية والتي نجدها على اللوحة الأم على دارة مطبوعة واحدة. فهذه الشريحة يجب أن تحمل نواة المعالج و وحدات الدخل و الخرج بالإضافة إلى واجهات الاتصال الحديثة وهي تعمل مع مختلف أنواع الإشارات من الإشارات الرقمية Digital Signal و التشابهية (التناظرية) Analoge Signal و المختلطة.

هناك اختلاف بينها وبين متحكماتMicrocontrollers  وهو أن المتحكمات غالبا ما تتضمن ما تحتاجه من الذاكرة RAM و Flash بداخلها و أحجام هذه الذواكر لا تتخطى 1MByte  غالباً مما يعني قصورها في حال أردنا الاعتماد عليها لتشغيل نظام Windows أو Linux و هنا يأتي دور الSoC  فهذه الأخيرة تحتاج إلى أن تدعم بذواكر خارجية لتعمل من Flash memory لحفظ البرامج  و RAM لتشغيلها  و ROM التي تحوي على برنامج الإقلاع الأساسي.

نظام الSoC بشكل عام يحوي على :
1-    معالج إشارة رقمية  DSP Core , وقد  تحوي على أكثر من نواة معالج واحدة.
2-    قطاعات من الذاكرة بمختلف أنواعها "وهذه تكون بأحجام صغيرة ولا تعوض عن الحاجة للذواكر الإضافية الخارجية"
3-    مولدات لنبضات الساعة و تتضمن الهزازات والتي تقدم التردد الأساسي و دارات الPL L المسئولة عن مضاعفة التردد.
4-    دارات محيطية كالعدادات Counters و المؤقتات  Timers و دارات الRTC(Real Time Clock)
5-    واجهات الشريحة وتتضمن عادة المعايير الصناعية من USB,FireWire,Ethernet,USART,SPI و غيرها
6-    واجهات تشابهية كالمحول التشابهي الرقمي ADC(Analogue Digital Converter) و المحول الرقمي التشابهي DAC(Digital Analogue Converter)
7-    منظمات الجهد و منظمات استهلاك الطاقة.

هذه الأمور السابق ذكرها يجب أن نتوقعها في كل SoC وحاليا يتم إضافة العديد من الأمور إليها كواجهات الPCI-Express و المعالجات الرسومية وغيرها ,وتحوي شرائح الSoC على بروتوكولات للربط الداخلي بين هذه المكونات العديدة كالAMBA المقدم من شركة ARM .

مجالات استخدام الSoC :
في الحقيقة SoC يمكن استخدامها في أي مكان يحتاج إلى حاسب بل وحتى تستطيع أن تصل إلى أماكن يعجز الحاسب عنها و أهمها أجهزة الMobile و الSmartphone ولعل الثورة الحالية التي قام بها نظام الAndroid و محاولة Apple الدائمة التغلب عليه بنظامها IOS تزيد الطلب على هذه الشرائح فجميع الSmartphone حاليا تعتمد على SoC كالقلب النابض لها ومع التطور السريع الذي نشهده حاليا أصبح الشركات المصممة للSoC تعمل جاهدة لدفعها إلى أقصى حدودها من ناحية الكفاءة في استهلاك الطاقة وصولا إلى الأداء الخام الذي تقدمه.

تصنيع الSoC :
في الحقيقة هناك ثلاث طرق أساسية لتصنيع الSoC وهي
1- التصميم الخاص: أي يتم تصميم الSoC من الصفر من حيث توزع البوابات المنطقية و ارتباطها ببعضها البعض وهذه الطريقة تأخذ وقت طويل و تكلفة كبيرة ولكن في النهاية تعطي SoC متميز من كل النواحي.
2- التصميم باستخدام الصناديق الجاهزة: وفي هذه الطريقة يتم تجميع الSoC ابتداءً من مكوناته الأساسية و تليها الطرفيات و ينتج عن هذه الطريقة حدوث بعض الهدر في مساحة الشريحة .
3- استخدام شرائح الFPGA : وهذه الشرائح عبارة عن دارات متكاملة من نوع خاص فهذه الشرائح قابلة للبرمجة لكي تعطي أي دارة نريد منها والتصميم هنا يكون الأسهل فكما قلنا هذه الشرائح لها لغات برمجة خاصة بها ولعل اشهرها VHDL ,في جميع حالات التصميم السابقة يتم الاعتماد على شرائح الFPGA في عملية محاكاة عمل الSoC و اقتناص الأخطاء و المشاكل فيها قبل أن يتم إنتاجها بالشكل التجاري النهائي.

سنأخذ الأن مثال لأحد SoC و نتحدث عن خصائصه بسرعة ,ال SoC  هو S3C6410X من إنتاج Samsung  :-
1- يحوي على نواة المعالج ARM1176JZF-S و الذي يأتي بذاكرة Cache من المستوى الأول بمقدار 32KB و بتردد 533Mhz على جهد 1.1 فولت و 667Mhz على جهد 1.2 فولت.
2- واجه للCamera حتى دقة 4M Pixel
3- دارات Codec خاصة للتشفير و فك التشفير لكل من الMPEG-4/H.263/H.264
4- معالج رسومي لل2D مستقل
5- معالج رسومي لل3D مستقل
6- مشفر الAudio الشهير AC-97
7- دعم لشاشات الTFT
8- منفذ خاص لمرسل و مستقبل الأشعة تحت الحمراء IrDA
9- دعم لكل من USB 2.0 و USB 1.1
10- دعم لشاشات اللمس
11- دعم للوحة مفاتيح بقياس 8X8 "أي 64 مفتاح"
12- عدد كبير جدا من أقطاب الدخل و الخرج العامة "187 قطب"
13- دعم لبطاقات الذاكرة الخاصة بأجهزة المحمول كال SD و الMMC
14- نظام فرعي خاص للتعامل مع الذواكر المختلفة

هناك العديد من الشركات التي تصمم هذه الSoC و منها Samsung و Nvidia  و TI و غيرهم كثيرون.