一種新穎的多媒體SoC芯片—Virgine G2

芯片的結(jié)構(gòu)
芯片的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由CPU、2D圖象加速器、音頻引擎及周邊外設(shè)組成。
32位微處理器EISC SE3208
Virgine G2芯片中內(nèi)嵌的EISC CPU：SE3208是該公司自主版權(quán)的32位CPU，內(nèi)含2路4Kbyte的Cache，最大頻率為45MHz。
EISC(可擴(kuò)展的指令集的計(jì)算),基于RISC，使用精簡(jiǎn)指令集，指令運(yùn)行為單時(shí)鐘周期，但是它融合了CISC的優(yōu)點(diǎn)，代碼密度非常高，體積小，功能卻很強(qiáng)大，非常適用于作為嵌入式的MCU。
EISC CPU使用定長(zhǎng)的16位指令，操作數(shù)可以靈活擴(kuò)展為16位/32/64位，這是通過擴(kuò)展寄存器和擴(kuò)展指令實(shí)現(xiàn)的。
EISC CPU的程序代碼小，并且向上兼容，16位/32位/64位 EISC CPU的代碼可以通用，方便升級(jí)。
EISC CPU全部使用C/C++語言進(jìn)行開發(fā)。
基于3D的2D圖形加速器
Virgine G2芯片的圖象加速器最高工作頻率為90MHz。
其CRT控制器支持NTSC/PAL及SVGA顯示，還支持和外部電視信號(hào)的疊加，每行最大1024個(gè)像素，16 bit彩色模式，支持紋理和實(shí)時(shí)貼圖、透明和a(半透明)變換、圖像旋轉(zhuǎn)和放大/縮小等等(見圖2)。
貼圖性能：每秒處理580個(gè)對(duì)象(測(cè)試條件是：80MHz工作頻率下，320×240顯示模式，256×256的紋理尺寸)。
最大外接視頻存儲(chǔ)器即frame memory：8M byte DRAM，最大外接紋理存儲(chǔ)器即texture memory：8M byte DRAM。因?yàn)镈RAM的控制器已經(jīng)被做在Virgine G2 內(nèi)部，所以和DRAM芯片的接口很簡(jiǎn)單。
貼圖原理與WINDOWS的DirectX兼容,簡(jiǎn)介如下：
＊在texture memory中(0X3800000 ---0X381FFFF)有128K byte的隊(duì)列，用于發(fā)出貼圖命令包。用戶開始將圖片(可支持BMP的各種格式)放在texture memory中的剩余空間(稍小于8M byte)
＊每一個(gè)命令包有64 byte，因此共有2048個(gè)命令包，并且構(gòu)成循環(huán)隊(duì)列。
＊在frame memory中有前后緩沖區(qū)，用戶設(shè)置好就不用管了。
＊貼圖的過程如下：
① 命令包1，2，3，4，5……，將圖片貼在后緩沖區(qū)中，可以有覆蓋、透明、半透明方式，并可以縮放和旋轉(zhuǎn)，由圖象加速器自己合成一張整幅圖象，這時(shí)并不顯示。
② 執(zhí)行一條 FLIP 指令，前后緩沖區(qū)交換，圖象顯示出來，之前發(fā)出的命令包被舍棄。
③ 重復(fù)過程①和②，這樣就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的播放。該過程與WINDOWS的DirectX兼容，熟悉WINDOWS動(dòng)畫的人使用起Virgine G2來非常方便。
音頻引擎
Virgine G2支持8/16位最大44.1K Hz 的PCM格式的聲音，在WINDOWS中即為Wav文件。聲音播放原理如下：
＊有32個(gè)通道可以同時(shí)播放。對(duì)應(yīng)32個(gè)寄存器組(分布在0x4800000-0x48003ff中)，指明聲音的地址，播放方式。
＊聲音數(shù)據(jù)一般放在frame memory或texture memory中除了圖象外的剩余空間，最大可用4M byte。
＊播放長(zhǎng)的聲音文件時(shí)可以采用中斷方式分段放。
＊每一個(gè)通道可以分別設(shè)置左右聲道的音量，用2個(gè)通道就可以播放立體聲，即一個(gè)通道播放左聲道，另一個(gè)通道同時(shí)播放右聲道。
＊每個(gè)通道可以設(shè)置音效，如回聲、混響、panning等等。
其余外設(shè)
作為SoC芯片，Virgine G2 將可能用到的外設(shè)盡量做在芯片內(nèi)部，大大簡(jiǎn)化了外部電路的設(shè)計(jì)。它含有32個(gè)3.3/5V兼容的I/O口，DRAM控制器，2路DMA、4路定時(shí)器、2路串行通信口、看門狗、中斷控制器、PWM、PPM(脈寬測(cè)量)、2路光筆接口等，并內(nèi)建RAM DAC(直接輸出R、G、B信號(hào)，該芯片也可以輸出R、G、B數(shù)字量信號(hào))和PLL電路(外部晶振只用14.318MHz)。
由于圖象加速器和音頻引擎是獨(dú)立工作的，CPU只負(fù)責(zé)對(duì)它們的控制，因此CPU在空閑的時(shí)間里還可以處理其他任務(wù)，如JPEG、MP3、MPEG-1以及其他測(cè)量控制任務(wù)等等。
開發(fā)手段
采用WINDOWS下的VIDE集成環(huán)境，使用C/C++語言，調(diào)用該公司提供的圖形/聲音庫(kù)即可。
仿真是采用在用戶目標(biāo)板上內(nèi)建仿真器的方案，即在目標(biāo)板上運(yùn)行一個(gè)監(jiān)控程序，用一個(gè)串口和PC機(jī)通訊，就可以在PC機(jī)上調(diào)試應(yīng)用程序。

應(yīng)用介紹
下面以射擊/射箭運(yùn)動(dòng)模擬器為例介紹Virgine G2的應(yīng)用，如圖3所示。系統(tǒng)方框圖如圖4所示。
在射擊/射箭運(yùn)動(dòng)中，用模擬槍上的光筆或箭靶上的傳感器來產(chǎn)生得分的原始數(shù)據(jù)，Virgine G2收到這些數(shù)據(jù)后將其變換成分值顯示在電視或顯示器上，同時(shí)播放效果聲音。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是用PC機(jī)加上顯示卡、聲卡來實(shí)現(xiàn)，體積較大、造價(jià)高。采用Virgine G2后，可以省去PC機(jī)，減少了體積，降低成本。
除了在娛樂方面的應(yīng)用外，Virgine G2還可以應(yīng)用于嵌入式MIDI、FLASH動(dòng)畫播放器、高檔儀器儀表的人機(jī)接口等等。■

參考文獻(xiàn):
1. Virgine G2 datasheet, ADChips Co.,Ltd. 2001.


圖1 Virgine G2

圖2 旋轉(zhuǎn)
注：從texture memory中，可以剪切圖片的部分區(qū)域貼到屏幕上，并可以旋轉(zhuǎn)和縮放。

圖3 打靶

圖4 系統(tǒng)方框圖