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聚芯SoC,计算机控制单芯片化

Single Chip Solutions of Computer Control Based on Soc1000

北京中科亿芯信息技术有限公司



北京中科亿芯信息技术有限公司(以下简称“中科亿芯”)是由中国科学院计算技术研究所发起成立的一家集成电路设计公司,是一家集芯片设计/开发、软硬件应用解决方案于一体的具有现代化企业管理机制的高新技术企业。

公司自2005年6月筹办以来,就投入面向工控/军工应用领域的聚芯EraSoC-1000系列产品开发,目前已成功研发的产品主要有聚芯EraSoC-1000A、聚芯EraSoC-1000B、聚芯EraSoC-1000C、聚芯EraSoC-1000D。当前正从事面向汽车电子、数字电视和无线通讯的高端SoC产品(聚芯EraSoC-2000、聚芯EraSoc-3000)开发工作。


聚芯SoC1000

“聚芯”SoC1000是异构多核(含DSP处理功能)可重构的低功耗中高端SoC产品,具有“全自主、高可靠、强实时、低功耗、泛应用”等特点,能使计算机控制“单芯片化”,支持Linux、VxWorks、WinCE等操作系统,还开发了软件集成开发环境IDE。该芯片支持高分辨率双LCD屏显示(既支持LCD TFT/STN双模显示,又支持点阵LCD液晶屏),可动态配置CPU核主频、一级总线(AXB)频率和二级总线(OEB)频率等,部件可灵活开启/关闭,待机功耗低,适合嵌入式系统应用,在性能上与国际中高端SoC芯片相当。
“ 聚芯”SoC已形成系列化产品(EraSoC-1000A/B/C/D), 采用LQFP256、 BGA388等 封装形式,最高主频276MHz(双沿利用,等效主频500MHz),功耗0.01~0.7W, 工作温度范围 40~85℃(工业级),可单芯片构造计算机应用系统,能从Flash、DoC、网卡、IDE盘或U盘启动操作系统。


聚芯SoC1000B技术特点

SoC1000B从计算机体系结构角度把握先进的设计技术,体现了“高效SoC总线架构L*BUS+龙芯CPU/类DSP+南北桥常规功能+高分辨率LCD显示驱动”特点,含有10大先进技术、5大创新点和5项技术发明专利。除了芯片本身具有核心竞争力,且不受制于第三方的技术发展,可以与工艺技术发展同步推进,此外还设计开发了图形界面好、可操作性强、功能较全的Ejtag在线调试器,有助于基于聚芯SoC1000的产品开发。

图1 聚芯SoC1000B技术特点(略)


十大先进技术

( 1)自定义的SoC总线架构L*BUS,在传输效率、实时性、可靠性方面均比CoreConnect、AMBA、Wishbone等 总 线优越,适合高端可重构SoC的技术发展;(2)双沿利用技术,利用上升沿发出控制信号,从设备利用下降沿做出响应,提升总线握手效率;(3)主存/显存共享技术,实现了主存和显存共享,通过特殊DMA窃取技术,使主存和显存共享得以高效实现;(4)动态变频技术,总线时钟和CPU时钟均可动态变频,动态变频范围广(可达1150种),这种动态变频技术可以根据任务量来动态调整,有效降低任务欠载时的功耗开销,起到明 显的节能作用;(5)动态可重构技术,能根据处理目标系统应用需求动态重构片上资源,可以通过分时或任务分配来重构系统部件的实施功能,为ASIC可重构技术做有益的尝试;(6)自适应门控技术,一项重要节能技术,根据功能部件引入“忙”标记,决定该功能部件进入睡眠或唤醒,可节省大量不必要的功耗开销,实现IP核功耗最小化;(7)LCD TFT/STN双模技术,动态编程配置LCD工作模式,通过资源共享,满足多种LCD显示需求;(8)启发式预取技术,区分传输方式和地址范围,实施不同预取策略,缓解访存瓶颈问题;(9)高效扩展技术,能兼容基于ARM公司AMBA总线规范和Silicore公司Wishbone总线规范的IP核,有利于集成 最新IP核,对外扩展性体现在PCI和Local Bus总线上,PCI控制器可直接支持4个PCI设备,并允许挂接PCI桥接器进一步扩展,Local Bus总线能兼容多种接口,除了常规的I/O、SRAM、Flash外,还支持NANDFlash、CF+卡、DoC2000、IDE、ISA总线等;(10)高可靠技术,SDRAM镜像备份,改善访存可靠性,此外,主/辅锁相环互为备份,芯片能工作于不同锁相环PLL,自由切换,当一个锁相环失效时,不影响芯片的工作性能。


五大创新点

(1)自主创建一种新的SoC总架构L*BUS,建立三级总线规范,比CoreConnect、AMBA、Wishbone等总线简洁、高效、可靠,首次提出实时控制、配置流传递等概念;(2)动态变频技术,有别于传统的变压、变频方法,从锁相环处改变频率,然后再分频,提高了变频范围和精细性,扩大了芯片适应性;(3)动态优先级自调整仲裁技术,突破传统的优先级仲裁方法,硬件电路根据总线负载、历史纪录,自动调整各主设备优先级,参与总线仲裁,不存在“撑死”、“饿死”现象,又允许特别优先权存在,使LCD显示等设备的流畅性得以保证;(4)门控自适应技术,自动捕捉部件的“忙”与“闲”,可开启或关闭相应的时钟树,在工艺和设计不变的情况下,可最大程度降低功耗;(5)ASIC芯片可重构技术,有别于FPGA的可重构性,提出FIFO资源和数据通路的实时可配置性,充分利用片内资源,实现多种功能的选择,增加了芯片的灵活性,使SoC的通用性有了保障。


五项发明专利技术

(1)基于动态优先级的总线仲裁器和动态改变优先级的方法;(2)直接存储器访问传输装置及其方法;(3)SoC架构下的高速总线动态变频装置和处理器核接口;(4)一种SoC架构下的处理器核动态变频装置和方法;(5)用于片上系统中知识产权核和功能模块的功耗降低方法。


应用领域

聚 芯SoC1000系列产品总的应用可归结为“工控/军工领域显身手,衣(缝纫机)食(微波炉)住(智能楼宇)行(汽车电子)总相连”。聚芯SoC1000产品具有小型、轻量、省电、散热佳、性能高、成本低等优点,应用范围包括以下方面:

军工产品,如航天武器型号指控板卡,弹上计算机等;

个人数码产品,如PDA、电子阅读器、游戏机;

视频产品,如视频会议、可视电话等 ;

汽 车电子设备,如车载MP3、信息处理、数字娱乐系统等;

POS(Point of Sale)机/税控机,如中高档税收设备,超市收银机等;

数控设备,数控机床,工业过程控制;

医疗设备,多功能呼叫系统;

视频监控,如社区监控系统,交通管理监控系统等;

智能终端,如液晶显示终端;

数字电视机顶盒/IPTV终端;

信息家电,智能互联、控制;

计算机外设产品,如扫描仪、打印机、传真机等。


目前成功的解决方案

家用多功能绣花机

主 板的主控芯片采用了中科亿芯公司的聚芯SOC-1000A,利用了该芯片的双L CD显示驱动(触摸TFT 320X240,字符LED显示)、SDRAM、Flash、USB1.1、SPI、GPIO、PWM等功能,降低产品成本,提升了中国飞跃集团的家用缝纫机的产品档次,出口欧美地区,年销量20多万套。

航信税控机

主 板的主控芯片采用了中科亿芯公司的聚芯SoC-1 00 0B,减少了外围电路 器件,并且价格低于国外同等性能芯片价格。该芯片支持NORFlash、NANDFlah、SDRAM,支持Linux操作系统,支持STN 显示屏、扫描键盘、喇叭及钱箱控制等,还支持两个IC卡接口,10/100兆网络接口及5个通信串口的功能。年销量10万套。

智能终端

智能终端主板中科亿芯公司的聚芯SoC-1000A,支持NORFlash/NANDflash/DOC电子盘、SDRAM、RTC、GPIO等,提供双模TFT/STN LCD(1024X768)显示,还支持10/100兆网络接口和5路通信串口。年销量2万多套。

车载图像防盗报警系统

中科亿芯公司的聚芯SoC-1000C作 为主控芯片,利用防盗传感器结合车载视频图像记录系统与GPRS或者CDMA无线网络,在发生盗窃事件时,可以通过手机短信通知车主。利用图像处理单元,在第一时间将盗窃现场加以拍照记录。利用无线网络将现场图像传送到网络上的E-mail信箱或者通过彩信传送到车主手机上。方便车主在第一时间对盗窃现场加以观察。

面向高校开发实验板

主板的主控芯片采用了中科亿芯公司的聚芯SoC-1000A/B,SDRAM容量可配置,支持NOR/AND Flash,CF卡和DOC2000,还具有灵活的扩展性(PCI和LocalBus),可接PCI-IDE硬盘卡,PCI显卡,网卡等,主板对外接口包括:

1个并口,可外接打印机;

3个串口,其中两个简易串口,一个

全功能串口;

2个USB接口;

1个PS2接口,可挂接鼠标和键盘;

A C97接口,可实现line in ,line out,mic的功能;

1个液晶屏接口,支持双模STN/TFT液晶屏,分辨率可达1024X768;

1个实时钟接口;

1个10M/100M网络接口。

开发板有2种,均支持Linux、VxWorks、WindCE等操作系统,年销售2000~5000套。

其他

此外,还有POS机、指纹识别终端、视频监控、网络路由器、无纸记录仪、多功能呼吸仪、雕刻机、数控系统等解决方案正在实施中。

聚芯SoC1000芯片具有动态变频和可重构性,成本低,适用性广,既可高配(约等效500MHz),也可低配(约2MHz),具有通用性。目前在缝制设备和智能终端等产品中,有几十万片订货意向;还有近十种解决方案正在落实中;此外,还编写了《基于“聚芯SoC”的嵌入式系统设计》专著,进军高校计算机实验室,普及片上系统集成技术,从大学生开始培育未来的市场。

《世界电子元器件》2007.2
         
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