SPARC體系的S698系列SoC及其應用

1 S698的典型結構

S698是歐比特公司在借鑒國際最新研究成果的基礎上，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、軍用電子設備、POS及稅控機終端以及消費電子等嵌入式領域的應用。

典型的S698 SoC芯片由整型處理單元、Cache模塊、浮點處理單元、片內(nèi)總線、時鐘管理模塊、硬件調(diào)試支持單元、存儲器控制器以及其他片內(nèi)外設等模塊組成。圖1為其典型的結構框圖。

 

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 構的高性能RISC處理器，指令為5級流水，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標準的32／64位單／雙精度浮點處理單元；

◆具有雙Cache結構：指令Cache和數(shù)據(jù)Cache容量可配置且相互獨立；

◆采用AMBA2.0標準總線作為片內(nèi)互聯(lián)總線，AHB連接高速設備，APB連接低速設備，這種結構可以方便地實現(xiàn)片內(nèi)設備及資源的裁減；

◆片內(nèi)采用多時鐘機制，內(nèi)核等高速設備使用高頻時鐘，外設等使用低頻時鐘，且時鐘倍頻／分頻參數(shù)可以通過軟件或硬件方式進行設置；

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

◆集成存儲器控制器，支持ROM、SRAM、SDRAM、I／O等類型的外部存儲器，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)集成豐富的外圍設備，如中斷控制器、定時器、GPIO、UART、PCI總線控制器等；

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

為了配合S698系列SoC芯片的推廣以及方便系統(tǒng)設計者們的使用，歐比特公司還為其提供強大的軟件支持： ◆編程語言：支持標準C、SPARC匯編以及混合編程三種編程方式；

◆開發(fā)環(huán)境：配備了視窗風格的集成開發(fā)環(huán)境ORI-ON和命令行界面的開發(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，歐比特公司就開始了基于SPARC V8體系架構的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，性能達到了133 MIPS／33MFLOPS@133 MHz。S698片內(nèi)集成了存儲器控制器、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備。S698采用PBGA329封裝，溫度級別為商業(yè)級，功耗4 mW／MHz。

S698M于2004年推出，為S698的加強版，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，溫度級別達到了工業(yè)級水平。同S698相比較，S698M最大的改進就是增加了存儲器檢錯糾錯(EDAC)功能，使其更加適用于惡劣環(huán)境下的應用，如工控環(huán)境、野外環(huán)境以及軍工領域。

S698-ECR是專門面對電子記賬行業(yè)及其他消費類應用而定制的SoC芯片。于2005年推出，采用0.18μmCMOS工藝生產(chǎn)，性能達到160 MIPS／40 MFLOPS@160MHz，封裝形式為PQFP160，溫度級別為商業(yè)級。S698-ECR除了集成了UART、Timer、中斷控制器、通用I／O、等外圍設備之外，還集成了與POS及稅控機應用密切相關的一些外設，如IC卡控制器、磁條卡控制器、PS／2控制器、實時時鐘等。這樣可以為系統(tǒng)設計提供豐富的片內(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基礎上改進的一款產(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，溫度級別達到軍品級要求，其他的指標與S698-ECR基本一致。

此外，歐比特公司正在進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S698處理器，每個處理器均配有獨立的雙精度浮點處理單元和Cache模塊。S698P-SoC芯片的整型和浮點處理能力將分別達到800 MIPS和200 MFLOPS，可以滿足圖像等復雜信息處理的需求。日前，S698P-SoC芯片已經(jīng)在FP-GA功能驗證平臺上通過了原型驗證。到2007年下半年，該芯片0.13 μm工藝下的MPW樣片將問世。

4 S698的應用

每一款S698系列SoC芯片的研制都是根據(jù)一定的應用場合要求而進行的，因此在各自面向的領域(如S698在家用電器應用領域，S698M及S698-MIL在工業(yè)控制、航電設備及軍工電子產(chǎn)品領域，S698-ECR在稅控機、銀稅機、POS機、教學系統(tǒng)領域等)都有著廣泛的應用。產(chǎn)品種類繁多，包括板卡、高可靠計算機、整機等，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處理單元，自帶硬件乘除法器，片內(nèi)集成豐富的外設，軟件支持有力。這些為設計者們設計性能優(yōu)良、體積輕巧、成本低廉、入市迅速的嵌入式系統(tǒng)設備提供了一種極佳的半導體解決方案。讀者可參閱與S698相關的應用開發(fā)文章(共9篇)，見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn。