【產(chǎn)品技術(shù)】帶MUXIO接口的 USB3.0超高速控制器

機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

2021年6月8日 14:02

T630芯片

帶MUXIO接口的USB3.0超高速控制器

T630芯片是方寸微電子自主研發(fā)的USB3.0超高速控制器，具有功能豐富、性能強(qiáng)勁、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于視頻采集卡、工業(yè)采集卡、打印機(jī)、掃描儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、工業(yè)照相機(jī)、醫(yī)療成像設(shè)備、測試和測量設(shè)備等眾多產(chǎn)品中。

該芯片集成國產(chǎn)32位高性能RISC CPU，支持MUXIO、USB3.0、I2C、SPI、UART等多種接口，可快速在嵌入式主板上與FPGA/CPU進(jìn)行對接通訊，作為USB3.0外擴(kuò)芯片與PC或者服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)該芯片提供完整的SDK供客戶進(jìn)行定制化開發(fā)，尤其針對典型應(yīng)用場景提供了源碼級方案支撐，可幫助客戶縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低整體開發(fā)成本，提升產(chǎn)品市場競爭力。

T630芯片主要特性

國產(chǎn)CPU核

? 集成32位國產(chǎn)CPU核；

? 最高工作頻率200MHz；

? 內(nèi)置16KB I/D Cache；

? 內(nèi)置32KB DTCM；

USB3.0 Device接口

? 支持一路USB3.0 Device接口速率5Gbps，向下兼容USB2.0/USB1.1；

? 支持控制/批量/中斷傳輸類型；

? 支持9個(gè)端點(diǎn)；

MUXIO接口

? 最大支持32位數(shù)據(jù)位寬；

? 支持FIFO Master/FIFO Slave/ SRAM Master/ADMUX Master四種工作模式；

其他資源

? 2路最高波特率為3Mbit/s的UART接口；

? 1路支持主從模式I2C接口；

? 1路支持主從模式 SPI接口；

? 內(nèi)置硬件DMA；

? 內(nèi)置POR（Power on Reset）電路；

? 內(nèi)置8個(gè)定時(shí)器；

? 內(nèi)置中斷控制器；

? 內(nèi)置1個(gè)看門狗；

? 支持在線調(diào)試；

安全特性

? 支持溫度檢測；

? 每顆芯片具備全球唯一ID；

物理規(guī)格

? Core電壓為1.0V；

? IO電壓為3.3V；

? 支持BGA121封裝；

? 工作溫度0~70℃，-40~85℃；

典型應(yīng)用

T630在引腳及功能上可兼容CYUSB3014，在一些數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控等場景下可替代賽普拉斯CYUSB3014系列芯片的應(yīng)用。

圖2是T630的典型應(yīng)用框圖，使用T630作為專用接口芯片，實(shí)現(xiàn)了一條由外部設(shè)備至主機(jī)端的高速雙向數(shù)據(jù)傳輸通路。

T630通過USB3.0接口與主機(jī)端相連接，可實(shí)現(xiàn)最多8個(gè)端點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸；

T630通過MUXIO接口與FPGA連接，接口模式為FIFO Salve。

通路中，主機(jī)端負(fù)責(zé)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸請求，T630響應(yīng)主機(jī)請求并對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，F(xiàn)PGA作為數(shù)據(jù)源端或目的端，經(jīng)由FIFO接口發(fā)送或接收應(yīng)用數(shù)據(jù)。

【產(chǎn)品技術(shù)】帶MUXIO接口的 USB3.0超高速控制器的圖2

圖2 T630典型應(yīng)用框圖

【產(chǎn)品技術(shù)】帶MUXIO接口的 USB3.0超高速控制器的圖3

圖3 T630應(yīng)用場景

開發(fā)資源

為了降低用戶開發(fā)T630的難度，加快客戶產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度，方寸微電子提供了完善的二次開發(fā)包資料，并對應(yīng)用接口進(jìn)行了封裝。如下圖4是方寸微電子提供的二次開發(fā)板，開發(fā)板集成了T630、FPGA芯片、LVDS接口等資源，方便用戶快速二次開發(fā)。并根據(jù)典型應(yīng)用和主要功能，在主機(jī)端、T630設(shè)備端、FPGA端分別進(jìn)行了優(yōu)化處理。

【產(chǎn)品技術(shù)】帶MUXIO接口的 USB3.0超高速控制器的圖4

圖4 T630開發(fā)板

主機(jī)接口優(yōu)化：

T630芯片經(jīng)過USB接口以自定義設(shè)備方式連接至主機(jī)，采用bulk批量傳輸模式，windows系統(tǒng)下主機(jī)端程序基于WinUSB驅(qū)動(dòng)開發(fā)，通過私有命令與T630進(jìn)行通信，控制數(shù)據(jù)傳輸過程。主機(jī)端通信接口框架如圖5，其中藍(lán)色部分由方寸微電子SDK包提供，灰色部分由WinUSB底層驅(qū)動(dòng)提供。

【產(chǎn)品技術(shù)】帶MUXIO接口的 USB3.0超高速控制器的圖5

圖5 主機(jī)接口框架

T630固件優(yōu)化：

T630固件功能結(jié)構(gòu)如圖6由下至上可分為驅(qū)動(dòng)層（Driver）、通道管理層（僅用于USB和MUXIO）、用戶應(yīng)用層（Application）3個(gè)層次，SDK中已實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)層至應(yīng)用層功能，開發(fā)者可按實(shí)際需求添加相應(yīng)功能代碼，形成自己的應(yīng)用方案。各層次介紹如下：

1) 驅(qū)動(dòng)層

本層位于代碼結(jié)構(gòu)最下層，主要包含USB、BSP、MUXIO等硬件模塊驅(qū)動(dòng)程序。該層主要實(shí)現(xiàn)各硬件模塊的初始化、運(yùn)行控制、狀態(tài)監(jiān)測等功能，并為上層提供基礎(chǔ)API。本層功能由T630固件庫實(shí)現(xiàn)。

2) 通道管理層

本層實(shí)現(xiàn)一套高性能虛擬通道管理機(jī)制，可提高USB與MUXIO數(shù)據(jù)傳輸效率，全部基于上層邏輯實(shí)現(xiàn)，用戶也可在此基礎(chǔ)上自行修改增減功能。

3) 應(yīng)用層

本層實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)從USB到MUXIO傳輸通路的整體功能。

【產(chǎn)品技術(shù)】帶MUXIO接口的 USB3.0超高速控制器的圖6

圖6 T630固件通功能結(jié)構(gòu)

FPGA接口優(yōu)化：

T630的MUXIO接口是一種多功能接口模塊，支持FIFO Slave、FIFO Master、SRAM Master、ADMUX Master四種工作模式，可外接FPGA、高速密碼芯片、SRAM顆粒以及ADMUX顆粒等外設(shè)，用以擴(kuò)展T630芯片的功能。圖7為FIFO Slave應(yīng)用接口，左側(cè)為外接CPU或FPGA，右側(cè)為T630的MUXIO接口。

【產(chǎn)品技術(shù)】帶MUXIO接口的 USB3.0超高速控制器的圖7

圖7 FIFO Slave應(yīng)用接口

為降低用戶開發(fā)MUXIO接口的難度，減少用戶開發(fā)工作量。方寸微電子根據(jù)目前同類應(yīng)用中最為廣泛的CYUSB3014芯片的GPIF II應(yīng)用接口，在FPGA端實(shí)現(xiàn)了時(shí)序轉(zhuǎn)換模塊。如圖8，其中紅色①部分是Stream_in_demo_top與T630連接示意圖；紅色②部分是GPIFII到MUXIO接口的時(shí)序轉(zhuǎn)換模塊，用戶使用時(shí)無需關(guān)心內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；紅色③部分是方寸微電子提供的測試demo，用戶用自己的FPGA程序替換掉測試demo部分代碼就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。

【產(chǎn)品技術(shù)】帶MUXIO接口的 USB3.0超高速控制器的圖8

圖8 FIFO Slave應(yīng)用框架

【產(chǎn)品技術(shù)】帶MUXIO接口的 USB3.0超高速控制器的圖9

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《機(jī)器視覺》雜志是一本報(bào)道中國機(jī)器視覺技術(shù)最新發(fā)展?fàn)顩r的科技刊物，配合三地VisionChina展覽會的召開而出版的會員內(nèi)部交流刊物。

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