[发明专利]能够装载和运行特定操作系统的单芯片系统

说明书

本发明属于微电子集成电路领域，是有关一种能够装载和运行特定操作系统的单芯片系统。

现有技术

现有的微处理器一般都不是针对特定的操作系统(如Linux或Windows CE)设计的，一般片内只有少量的RAM，没有ROM。要使用这样的通用的微处理器构成一个能够装载和运行特定操作系统(如Linux或Windows CE)的微处理器系统，需要在微处理器以外扩展足够数量的ROM和RAM以及其它外部接口器件。这样的通用的微处理器与ROM、RAM外围芯片组装在电路板上，芯片间用导线连接在一起。

这种通用的微处理器设计的出发点是从硬件的角度考虑，而从软件和应用的角度考虑较少，更不是针对特定的操作系统(如Linux或Windows CE)设计的。其设计思想是，用户的应用需求差别非常大，需要的存储器如ROM、RAM的数量以及其它外部接口的种类和数量都无法确定，所以存储器应该放在微处理器芯片之外，由用户决定需要的存储器如ROM、RAM的数量以及其它外部接口的种类和数量。这种设计思想是要以一种通用的微处理器结构尽可能多地满足不同种类的用户的应用需求，所以这种通用的微处理器芯片上只包含大多数应用所需的通用的部件，如ALU、寄存器组、CACHE、存储器控制器等，用户需要根据自己所要采用的操作系统和特定的应用需求，在外部扩展其所需要数量的ROM和RAM以及其它外部接口器件，多个芯片组合在一起才能构成一个可以使用的系统。这样做的优点是非常灵活，可以适应各种各样的应用，其中所要用到的ROM、RAM的数量以及外设(如通信接口)的种类和数量是由应用来决定的。

随着INTERNET的发展，以Linux或者Windows CE为操作系统的嵌入式系统应用越来越普遍。这类应用的操作系统是确定的，系统运行时需要的资源(如CPU的性能、ROM和RAM的数量)较少，能够在ROM和RAM中装载和运行。在许多应用场合尤其是嵌入式系统中，操作系统占有的资源如ROM和RAM的数量、微处理器的运行时间等都是最大的，一般远远多于应用程序所占有的资源。所以，在这样的针对特定操作系统(如Linux或Windows CE)的应用中，CPU的性能、ROM和RAM的数量等是基本确定的，有时候外部接口的种类和数量也是确定的。这就需要一种集成了CPU、ROM、RAM以及其它外部接口(如总线接口、通信接口)的单芯片系统，它是针对特定操作系统(如Linux或Windows CE)设计的，它能够直接运行特定操作系统(如Linux或Windows CE)及用户应用程序而无须扩展外部ROM和RAM等芯片。

但目前并没有这样的单芯片系统，而都是使用通用的微处理器外加存储器ROM、RAM和其它芯片构成一个微处理器系统来运行这类操作系统，多个元件安装在电路板上，元件之间用导线连接在一起。这样的系统存在如下缺点：

(1)集成度低，需要多个芯片才能够组成一个可以使用的系统。

(2)系统性能受限制。多个元件需要安装在电路板上，多个元件之间需要导线连接在一起，这比单一芯片内各个部件间的导线连接长度要长许多，与导线长度相关的分布参数如分布电容和分布电感的值相对较大，限制了整个系统的工作频率，从而使系统性能受限制。

(3)系统设计难度大。现代微处理器系统工作频率很高，所用到的外围器件如存储器和网络器件也都是工作在很高频率上的复杂器件，把很多个这样的器件组合在一起构成一个可用的系统，硬件设计难度很大，软件编程如初始化程序和特定操作系统的驱动程序的编程也很困难。

(4)成本高。实现同一功能，由多个芯片完成其成本一般高于单芯片系统。一般的微处理器其与外部存储器接口的数据总线、地址总线和控制总线往往占据芯片引脚数目中非常大的一部分，芯片引脚数目很多，成本高。

发明创造的目的