片上系統（SOC——System-On-a-Chip）是指在單芯片上集成微電子應用產品所需的全部功能系統，其是以超深亞微米（VDSM-Very Deep Subnicron）工藝和知識產權（IP——Intellectual Property）核復用（Reuse）技術為支撐。SOC技術是當前大規模集成電路（VLSI）的發展趨勢，也是21世紀集成電路技術的主流，其為集成電路產業和集成電路應用技術提供了前所未有的廣闊市場和難得的發展機遇。SOC為微電子應用產品研究、開發和生產提供了新型的優秀的技術方法和工具，也是解決電子產品開發中的及時上市（TTM——Time to Market）的主要技術與方法。
　　1 片上系統（SOC）引入導致嵌入式系統的設計方法變革
　　就目前現狀而言，若以嵌入式系統所采用的核心器件——處理器進行劃分，嵌入式系統可以分為三種類型：基于微控制器（MCU）的嵌入式系統、基于信號處理器 （DSP）的嵌入式系統、基于微處理器（MPU）的嵌入式系統。其中，基于MCU的嵌入式系統是一種低端嵌入式系統，這種系統共同的特點是系統運行速度低、數據處理能力弱和存儲空間有限（K級），因此只適合于低端的電子產品；基于DSP的嵌入式系統是中低端嵌入式系統，這種系統共同特點是系統運行速度較高、數據處理能力強，但是存儲空間也是有限的（K級、M級）；基于MPU的嵌入式系統通?？梢苑譃閮煞N類型：基于CISC架構微處理器的嵌入式系統和基于 RISC架構微處理器的嵌入式系統。其中，CISC架構微處理器通常是由x86體系結構進行嵌入應用擴展而獲得一種類型的嵌入式處理器；RISC架構嵌入式微處理器可以分為三大體系結構：ARM體系結構、PowerPC體系結構和MIPS體系結構，基于這三大體系結構的嵌入式處理器品種繁多，功能也各異。但基于此類處理器的嵌入式系統共同特點是運行速度高、數據處理能力強、存儲空間足夠大（G級），因此是一種高端的嵌入式系統。
　　無論是低端、中端或高端嵌入式系統，其經典的設計方法仍然是一種板級電子系統設計方法：首先，根據嵌入式系統的設計要求，并且按一定的設計規則，把整個嵌入系統劃分成具有特定功能的若干個功能模塊，如處理器模塊、信號采集模塊、執行機構控制模塊等；然后，根據系統模塊劃分的結果，選擇現成已商品化的模塊或自行研制各功能模塊；最后把這些模塊組合成一個完整的嵌入式系統。隨著集成電路技術的發展和嵌入式系統小型化和微型化等方面要求，板級電子系統設計已經開始出現如下幾個方面的變化：
　?。?）嵌入式系統的核心器件——處理器（包括MCU、DSP和MPU等）已經開始向單芯片系統方向發展，例如，經典 8051系列微控制器已經從原來只有簡單的并行I/O和串行接口（UART）發展到具有并行I/O、多UART、接口、紅外線傳輸、A/D轉換器、D/A 轉換器、模擬比較器、可編程模擬信號放大器、濾波器、PWM等的可編程片上系統（SOPC）型MCU芯片，即只需要極其少量的外圍器件就可以完成一個具有特定功能的嵌入式系統的設計工作；
　　（2）嵌入式系統的核心器件——處理器（包括MCU、DSP和MPU等）已經開始向平臺級芯片方向發展，目前所推出的高檔嵌入式處理器，無論是基于ARM體系結構、PowerPC體系結構還是基于MIPS體系結構的高檔嵌入式處理器，在單芯片上不僅具有各種功能的外圍接口，而且通常內置有RISC協處理器（例如RISC微控制器、數字信號處理器等），同時還具有測試和自開發接口，因此安全可以把其認為是一種硬件平臺級芯片，這樣使得嵌入式系統設計與開發重點由板級系統設計轉到芯片級系統設計；
　?。?）嵌入式系統的核心器件——處理器（包括MCU、DSP和 MPU等）已經向高處理速度方向發展，從而使板級電子系統的PCB設計難度增加，設計重點不僅是PCB版圖設計，更重要的是電磁兼容性和系統可靠性設計。由此可見，由于嵌入式系統的核心部件——處理器向片上系統（SOC）發展，板級設計工作量逐漸減少，未來的嵌入系統的發展的重點將從板級電子系統設計轉到芯片級電子系統設計上（即轉移到片上系統設計上），因此基于片上系統（SOC）設計方法必將成為未來嵌入式系統的發展主流。
　　對于一般的嵌入式系統設計者來講，尤其是國內的嵌人式系統設計者來講，基于片上系統（SOC）的設計方法還是主要停留在板級電子系統設計方法層次，即利用已經推出的商用SOC芯片進行板級電子系統設計，這主要是由于設計工具、資金、集成電路工藝等方面的限制所致。但是，由于近年來多晶圓（MPW）項目和 CPLD/FPGA技術的發展，尤其是可編程片上系統（SOPC——System-on-a-Programmable-chip）芯片的出現，使得一般的系統設計者進入芯片級電子系統設計成 為可能。自從1999年出現第一個可編程片上系統（SOPC）器件以來，已經有眾多可編程器件供應商推出了具有自己特色的可編程器件，最為典型的是世界上兩大可編程器件供應商——Xilinx公司和Altera公司在FPGA/CPLD基礎推出的系列可編程片上系統器件。其中，Xilinx公司先后推出的可編程片上系統器件有：Virtex系列、Virtex-E系列、Virtex-II系列、Virtex-Pro系列、Spaxtan系列、Spartan-II系列等；Altera公司先后推出的可編程片上系統器件有：APEX20系統、APEX II系列、Mercury系列、Excalibur系列、Stratix系列、Cyclone系列等。每個系列器件都有多種產品，以適用于不同的應用要求。因此，對于國內一般的系統設計者來講，基于可編程片上系統（SOPC）器件的嵌入式系統設計將是進入芯片級電子系統設計的敲門磚。
　　那么，從板級電子系統設計到芯片級電子系統設計轉變將導致哪些方面的變化？主要表現在如下幾個方面：
　?。?）在設計描述工具方面，傳統的板級電子系統設計主要采用電路原理圖和元器件外形封裝圖作為設計描述語言工具，而現在的芯片級電子系統設計主要采用文本方式的硬件描述語言（HDL——Hardware Description Language）作為設計描述語言工具；
　?。?） 在設計流程方面，板極電子系統設計主要經歷電子系統原理圖設計與仿真、印刷電路板（PCB）設計與仿真分板（包括信號完整性分析、電磁兼容性分析等）等二個階段，而芯片級電子系統設計通常需要經歷系統級設計與仿真、算法級設計與仿真、寄存器傳輸級（RTL）設計與仿真、邏輯綜合與驗證、版圖設計綜合與驗證等5個階段；
　　（3）在軟硬件協同設計方面，板級電子系統設計所采用的方法是先進行硬件系統設計后再進行軟件系統設計的方法，難以實現軟硬同步設計或協同設計，而芯片級電子系統設計可以比較容易實現軟硬件同時設計或協同設計；
　?。?）在設計實現方面，板級電子系統設計主要基于具有特定功能的集成電路器件，而芯片級電子系統設計主要是基于具有特定功能的電路模塊——知識產權核（IP核）。因此，板級電子系統設計與芯片級電子系統設計無論是在設計方法上還是在設計工具方面都發生了較大的變化。
　　隨著現代信息技術的發展，電子產品生命周期越來越短，特別是電子工業技術不斷發展，基于深亞微米和超深亞微米的超大規模集成電路技術的片上系（SOC） 芯片需求日益擴大，傳統的板級電子系統設計方法已不能適應產業界對電子產品需求。因此，基于知識產權（IP）核復用的芯片級電子系統設計方法將成為嵌入式系統設計的主流方式。
　　2 基于可編程片上系統（SoPC）的設計流程
　　基于可編程片上系統（SOPC）的芯片級電子系統設計主要有兩大支撐點：可編程片上系統器件所能提供的片上資源和可復用IP核庫所能提供的IP核資源。其中，可編程片上系統器件所能提供的片上資源是由集成電路工藝技術發展決定的，對于系統設計者來講，應根據設計要求盡量選擇合適的器件；可復用TP核庫所能提供的IP核資源需要通過系統設計者自行建設。在基于SOC的電子系統設計中，針對各類專門技術、專門應用、專門工具、專門生產工藝、專門產品的IP資源庫的建設和共享已形成一種規范，貫穿在系統設計的全過程。圖1為典型的基于IP核庫的片上系統（SOC）設計流程。