摘要

      伴隨國產(chǎn)芯片替代浪潮，以及最近進口FPGA芯片價格飛漲，市場上越來越需要一款全國產(chǎn)USB3.0+FPGA方案來滿足商務平衡及特色功能開發(fā)的需求。方寸微電子自主研發(fā)的T630國產(chǎn)USB3.0高速接口芯片具有功能豐富、性能強勁、擴展性強等特點，可完美適配視頻采集卡、視頻會議攝像頭等眾多電子產(chǎn)品，尤其針對音視頻采集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。

      關鍵詞：T630高速USB3.0接口芯片、4K超高清音視頻采集應用方案、芯片國產(chǎn)化

      內(nèi)容目錄

      0.背景介紹

      1.方寸微電子T630國產(chǎn)USB3.0高速接口芯片介紹

      1.1芯片基本信息介紹

      1.2芯片內(nèi)部架構

      1.3T630核心價值

      1.4芯片產(chǎn)品特點

      2.T630高速接口芯片4K超高清音視頻采集應用方案

      2.1方案基本信息介紹

      2.2數(shù)據(jù)處理流程

      2.3演示概況

      3.結(jié)語

      4.關于方寸微電子

0.背景介紹

      前些年的USB3.0音視頻采集卡方案基本用CYUSB3014等國外主控芯片來實現(xiàn)，隨著這幾年直播行業(yè)的火爆，性能及功能需求也越來越多。同時伴隨國產(chǎn)芯片替代浪潮，以及最近進口FPGA芯片價格飛漲，市場上越來越需要一款全國產(chǎn)USB3.0+FPGA方案來滿足商務平衡及特色功能開發(fā)的需求。

1.T630國產(chǎn)USB3.0高速接口芯片介紹

      1.1 芯片基本信息介紹

      機器視覺需要實時傳輸海量數(shù)據(jù)，因此行業(yè)發(fā)展離不開高速接口控制器的助力，T630芯片是方寸微電子自主研發(fā)的純國產(chǎn)USB3.0超高速控制器，具有功能豐富、性能強勁、擴展性強等特點，可廣泛適用于視頻采集卡、工業(yè)采集卡、打印機、掃描儀、數(shù)字攝像機、測量采集設備等眾多電子產(chǎn)品。

      該芯片集成國產(chǎn)32位高性能RISC CPU，支持USB3.0、MUXIO、I2C、SPI、UART等多種接口，可快速在嵌入式主板上與FPGA/CPU進行對接通訊，作為USB3.0外擴芯片與PC或者服務器實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。值得一提的是，T630高速接口芯片的傳輸性能比業(yè)界標桿提升20%，而性價比優(yōu)于業(yè)界標桿30%，打破了歐美廠商壟斷十年的市場。

T630芯片外觀

（10mmx10mm，BGA封裝，工業(yè)級）

      1.2 芯片內(nèi)部架構：

      1.3 T630核心價值：

      1.4 芯片產(chǎn)品特點：

      系統(tǒng)資源

      ·集成32位國產(chǎn)CPU CK803S；最高工作頻率200MHz

      ·CK803S內(nèi)置16KB I/D Cache，內(nèi)置32KB DTCM

      ·32KB ROM；256KB SRAM；8KB SRAM（系統(tǒng)專用）512KB/1MB片內(nèi)Flash

      通信接口

      ·支持1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/等時傳輸類型

      ·MUXIO接口支持最大32位數(shù)據(jù)位寬，最高120MHz接口頻率，支持FIFO Slave、FIFO Master、SRAM Master、ADMUX Master四種工作模式

      ·I2C接口支持Standard, Fast and Fast+ modes；支持HS-mode；支持主從模式

      ·UART接口完全兼容高速NS 16C550A UART；最高波特率為3Mbit/s；集成32bytes TX/RX FIFO

      ·SPI接口支持主從模式；支持中斷和查詢模式

      其他資源

      ·內(nèi)置硬件DMA

      ·內(nèi)置POR（Power on Reset）電路

      ·內(nèi)置8個定時器

      ·內(nèi)置中斷控制器

      ·內(nèi)置1個看門狗

      封裝形式：BGA121

      封裝尺寸：10.0mm*10.0mm*0.8mm

T630開發(fā)評估板

（歡迎通過方寸官網(wǎng)官微申請試用）

2.T630高速接口芯片4K超高清音視頻采集應用方案

      2.1 方案基本信息介紹

      本方案是方寸微電子主導開發(fā)的一款USB3.0，集4KP30視頻、音頻輸入采集+音頻輸出等功能，且自主可控的國產(chǎn)芯片替代方案。由方寸T630（USB3），國產(chǎn)FPGA、HDMI RX、聲音Codec等芯片組成，整體框圖如下圖所示。

      ·Codec：轉(zhuǎn)換數(shù)字，模擬聲音信號

      ·RX：HDMI輸入的視頻格式轉(zhuǎn)換為TTL信號

      ·FPGA：采集RX輸出的音視頻信號，并UVC/UAC組包發(fā)送到T630

      ·T630：負責UVC/UAC協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸及設備枚舉及握手控制

      基本功能：

      ·USB3.0/2.0 Device雙模式

      ·符合UVC1.0+UAC1.0協(xié)議

      ·HDMI 1.4b標準輸入，UVC視頻設備最大支持3840*2160@30Hz輸出

      ·設備枚舉支持YUY2、RGB24、NV12等格式的24種不同分辨率，支持增刪

      ·音頻2路輸入(RX+MIC)+1路輸出(Headphone),48000 16位采樣

      ·Windows、Android、Linux、MacOS等系統(tǒng)兼容，適配系統(tǒng)相機、skype、釘釘?shù)華PP

      ·上位機在線升級設備固件功能

      2.2 數(shù)據(jù)處理流程

      如上圖示，本數(shù)據(jù)通路中USB Device為T630前端，與Host建立物理連接，主要完成UVC協(xié)議的交互處理及數(shù)據(jù)上下行傳輸；Muxio負責FPGA端數(shù)據(jù)的接收及下發(fā)，32位并行總線，最高工作頻率120 MHz，類似GPIF總線，差別主要有ep通道表達不同，T630 DMA模式分高、低速模式。低速模式數(shù)據(jù)緩沖在SRAM，而高速模式緩沖DTCM中，分別適合用來傳輸音視頻數(shù)據(jù)。

      如果要完成4KP30音視頻數(shù)據(jù)的傳輸，對MUXIO的帶寬要求是很高的，實際驗證完全滿足NV12 4KP3的要求。下面是T630 4通道批量傳輸模式下的吞吐量測試：

      由上圖可以看出，每秒最高傳輸速率：411.55MB/S，每秒平均傳輸速率：410.88MB/S，每秒最低傳輸速率：405.13MB/S。以上通過7*24小時穩(wěn)定性測試。

      2.3 演示概況

      USB線插入主機后，設備管理器里會枚舉識別到如上1個相機設備+3個音頻設備。

      在potplayer的攝像頭設備格式欄里列舉了支持的視頻格式及分辨率。

      在OBS里的視頻、音頻采集設置欄里也會顯示設備支持的視頻格式及分辨率等屬性。

3.結(jié)語

      本文主要介紹了T630高速USB3.0接口芯片在4K超高清音視頻采集中的應用及其數(shù)據(jù)處理流程等，以滿足市場上對全國產(chǎn)USB3.0+FPGA方案的需求。方寸微電子將始終堅持以市場為龍頭，以人才為根本，以開發(fā)自主知識產(chǎn)權的集成電路芯片為基礎，持續(xù)創(chuàng)新，依靠技術優(yōu)勢，不斷提升產(chǎn)品品質(zhì)，為客戶創(chuàng)造更多價值，助力機器視覺和自動化產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。

4. 關于方寸微電子

      方寸微電子科技有限公司2017年成立，總部位于濟南，現(xiàn)已在北京、上海、深圳、青島設有分公司和研發(fā)中心，作為網(wǎng)絡安全SoC處理器的核心供應商，方寸產(chǎn)品已大量商用于各類信息安全終端。方寸微電子致力于國產(chǎn)高端密碼處理器、高性能網(wǎng)絡安全芯片、高速接口控制芯片的研發(fā)、設計和銷售。方寸微電子在集成電路架構設計、安全密碼算法、核心技術自主可控、大規(guī)模量產(chǎn)及品質(zhì)管控等綜合能力上具有國內(nèi)領先的優(yōu)勢，公司將持續(xù)為信創(chuàng)安全、工業(yè)、網(wǎng)絡通信、汽車等重點領域提供完整的芯片級解決方案。

      方寸微電子研發(fā)團隊由信息安全領域知名專家領銜，核心成員均具有10年以上行業(yè)研發(fā)經(jīng)驗，在SoC設計及驗證、超高速密碼算法、高速網(wǎng)絡接口、安全產(chǎn)品生產(chǎn)及測試等方面具有豐富的經(jīng)驗及技術積累。公司將始終堅持以市場為龍頭，以人才為根本，以開發(fā)自主知識產(chǎn)權的集成電路芯片為基礎，持續(xù)創(chuàng)新，依靠技術優(yōu)勢，不斷提升產(chǎn)品品質(zhì)，為客戶創(chuàng)造更多價值，打造引領信息安全產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的高科技芯片企業(yè)。

      核心能力