SPARC體系的S698系列SoC及其應(yīng)用

1 S698的典型結(jié)構(gòu)

S698是歐比特公司在借鑒國(guó)際最新研究成果的基礎(chǔ)上，自行研發(fā)的系列高性能SoC芯片的總稱。它主要面向工業(yè)控制、航空航天控制、軍用電子設(shè)備、POS及稅控機(jī)終端以及消費(fèi)電子等嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用。

典型的S698 SoC芯片由整型處理單元、Cache模塊、浮點(diǎn)處理單元、片內(nèi)總線、時(shí)鐘管理模塊、硬件調(diào)試支持單元、存儲(chǔ)器控制器以及其他片內(nèi)外設(shè)等模塊組成。圖1為其典型的結(jié)構(gòu)框圖。

2 S698的主要特征

S698系列SoC芯片具有如下主要特征：

◆內(nèi)核為基于SPARC V8(IEEE-1754)指令體系架 構(gòu)的高性能RISC處理器，指令為5級(jí)流水，支持兩條DSP指令(MAC和UMAC);

◆片內(nèi)集成硬件乘法器和硬件除法器;

◆集成基于IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)的32/64位單/雙精度浮點(diǎn)處理單元;

◆具有雙Cache結(jié)構(gòu)：指令Cache和數(shù)據(jù)Cache容量可配置且相互獨(dú)立;

◆采用AMBA2.0標(biāo)準(zhǔn)總線作為片內(nèi)互聯(lián)總線，AHB連接高速設(shè)備，APB連接低速設(shè)備，這種結(jié)構(gòu)可以方便地實(shí)現(xiàn)片內(nèi)設(shè)備及資源的裁減;

◆片內(nèi)采用多時(shí)鐘機(jī)制，內(nèi)核等高速設(shè)備使用高頻時(shí)鐘，外設(shè)等使用低頻時(shí)鐘，且時(shí)鐘倍頻/分頻參數(shù)可以通過(guò)軟件或硬件方式進(jìn)行設(shè)置;

◆片內(nèi)集成硬件調(diào)試支持單元DSU，無(wú)需外擴(kuò)仿真器的支持，就可以直接進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試;

◆集成存儲(chǔ)器控制器，支持ROM、SRAM、SDRAM、I/O等類型的外部存儲(chǔ)器，并且支持8、16、32三種位寬的數(shù)據(jù)總線，最大尋址空間為2 048 MB;

◆片內(nèi)集成豐富的外圍設(shè)備，如中斷控制器、定時(shí)器、GPIO、UART、PCI總線控制器等;

◆所有模塊全都為可綜合的RTL級(jí)描述，可以方便地移植到任何ASIC工藝上，或在大規(guī)模FPGA器件中實(shí)現(xiàn)。

為了配合S698系列SoC芯片的推廣以及方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們的使用，歐比特公司還為其提供強(qiáng)大的軟件支持： ◆編程語(yǔ)言：支持標(biāo)準(zhǔn)C、SPARC匯編以及混合編程三種編程方式;

◆開(kāi)發(fā)環(huán)境：配備了視窗風(fēng)格的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境ORI-ON和命令行界面的開(kāi)發(fā)環(huán)境;

◆操作系統(tǒng)：支持RTEMS、μClinux、VxWorks;

◆大量的BSP軟件包。

3 S698系列產(chǎn)品

自2002年起，歐比特公司就開(kāi)始了基于SPARC V8體系架構(gòu)的S698系列SoC芯片的研制工作。到目前為止，該產(chǎn)品已經(jīng)形成豐富的產(chǎn)品線，包括數(shù)款成功流片量產(chǎn)的產(chǎn)品、數(shù)款MPW小規(guī)模試產(chǎn)的產(chǎn)品和數(shù)款基于FP-GA的量產(chǎn)產(chǎn)品。下面重點(diǎn)介紹幾款流片量產(chǎn)的產(chǎn)品：S698、S698M、S698-ECR以及S698-MIL。圖2為S698系列SoC芯片的產(chǎn)品發(fā)展路線圖。

S698芯片是歐比特公司研制成功的一款基于SPARC V8體系架構(gòu)的SoC芯片，也是一款商業(yè)化了的SPARC V8 SoC芯片。其發(fā)布于2003年，生產(chǎn)工藝為TSMC的0.25μm CMOS工藝，性能達(dá)到了133 MIPS/33MFLOPS@133 MHz。S698片內(nèi)集成了存儲(chǔ)器控制器、PCI控制器、UART、Timer、中斷控制器、通用I/O、看門狗等豐富的外圍設(shè)備。S698采用PBGA329封裝，溫度級(jí)別為商業(yè)級(jí)，功耗4 mW/MHz。

S698M于2004年推出，為S698的加強(qiáng)版，采用0.18μmCMOS工藝生產(chǎn)，性能提高到了200 MIPS/50 MFLOPS@200 MHz，S698M封裝采用PBGA352，溫度級(jí)別達(dá)到了工業(yè)級(jí)水平。同S698相比較，S698M最大的改進(jìn)就是增加了存儲(chǔ)器檢錯(cuò)糾錯(cuò)(EDAC)功能，使其更加適用于惡劣環(huán)境下的應(yīng)用，如工控環(huán)境、野外環(huán)境以及軍工領(lǐng)域。

S698-ECR是專門面對(duì)電子記賬行業(yè)及其他消費(fèi)類應(yīng)用而定制的SoC芯片。于2005年推出，采用0.18μmCMOS工藝生產(chǎn)，性能達(dá)到160 MIPS/40 MFLOPS@160MHz，封裝形式為PQFP160，溫度級(jí)別為商業(yè)級(jí)。S698-ECR除了集成了UART、Timer、中斷控制器、通用I/O、等外圍設(shè)備之外，還集成了與POS及稅控機(jī)應(yīng)用密切相關(guān)的一些外設(shè)，如IC卡控制器、磁條卡控制器、PS/2控制器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等。這樣可以為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供豐富的片內(nèi)資源，大幅度降低系統(tǒng)成本，縮小系統(tǒng)體積。 S698-MIL是在S698-ECR基礎(chǔ)上改進(jìn)的一款產(chǎn)品，于2006年推出。其生產(chǎn)工藝為0.18μm工藝，性能提高到160 MIPS/40 MFLOPS6@160 MHz，溫度級(jí)別達(dá)到軍品級(jí)要求，其他的指標(biāo)與S698-ECR基本一致。

此外，歐比特公司正在進(jìn)行四核并行處理芯片S698P-SoC的研制。其在單顆芯片內(nèi)部集成了4個(gè)S698處理器，每個(gè)處理器均配有獨(dú)立的雙精度浮點(diǎn)處理單元和Cache模塊。S698P-SoC芯片的整型和浮點(diǎn)處理能力將分別達(dá)到800 MIPS和200 MFLOPS，可以滿足圖像等復(fù)雜信息處理的需求。日前，S698P-SoC芯片已經(jīng)在FP-GA功能驗(yàn)證平臺(tái)上通過(guò)了原型驗(yàn)證。到2007年下半年，該芯片0.13 μm工藝下的MPW樣片將問(wèn)世。

4 S698的應(yīng)用

每一款S698系列SoC芯片的研制都是根據(jù)一定的應(yīng)用場(chǎng)合要求而進(jìn)行的，因此在各自面向的領(lǐng)域(如S698在家用電器應(yīng)用領(lǐng)域，S698M及S698-MIL在工業(yè)控制、航電設(shè)備及軍工電子產(chǎn)品領(lǐng)域，S698-ECR在稅控機(jī)、銀稅機(jī)、POS機(jī)、教學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域等)都有著廣泛的應(yīng)用。產(chǎn)品種類繁多，包括板卡、高可靠計(jì)算機(jī)、整機(jī)等，如圖3所示。

S698系列SoC芯片具有高性能的整型處理單元和浮點(diǎn)處理單元，自帶硬件乘除法器，片內(nèi)集成豐富的外設(shè)，軟件支持有力。這些為設(shè)計(jì)者們?cè)O(shè)計(jì)性能優(yōu)良、體積輕巧、成本低廉、入市迅速的嵌入式系統(tǒng)設(shè)備提供了一種極佳的半導(dǎo)體解決方案。