【产品技术】带MUXIO接口的 USB3.0超高速控制器

机器视觉产业联盟

2021年6月8日 14:02

T630芯片

带MUXIO接口的USB3.0超高速控制器

T630芯片是方寸微电子自主研发的USB3.0超高速控制器，具有功能丰富、性能强劲、扩展性强等特点，可广泛应用于视频采集卡、工业采集卡、打印机、扫描仪、数字摄像机、工业照相机、医疗成像设备、测试和测量设备等众多产品中。

该芯片集成国产32位高性能RISC CPU，支持MUXIO、USB3.0、I2C、SPI、UART等多种接口，可快速在嵌入式主板上与FPGA/CPU进行对接通讯，作为USB3.0外扩芯片与PC或者服务器实现数据传输。同时该芯片提供完整的SDK供客户进行定制化开发，尤其针对典型应用场景提供了源码级方案支撑，可帮助客户缩短产品开发周期、降低整体开发成本，提升产品市场竞争力。

T630芯片主要特性

国产CPU核

• 集成32位国产CPU核；

• 最高工作频率200MHz；

• 内置16KB I/D Cache；

• 内置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/中断传输类型；

• 支持9个端点；

MUXIO接口

• 最大支持32位数据位宽；

• 支持FIFO Master/FIFO Slave/ SRAM Master/ADMUX Master四种工作模式；

其他资源

• 2路最高波特率为3Mbit/s的UART接口；

• 1路支持主从模式I2C接口；

• 1路支持主从模式 SPI接口；

• 内置硬件DMA；

• 内置POR（Power on Reset）电路；

• 内置8个定时器；

• 内置中断控制器；

• 内置1个看门狗；

• 支持在线调试；

安全特性

• 支持温度检测；

• 每颗芯片具备全球唯一ID；

物理规格

• Core电压为1.0V；

• IO电压为3.3V；

• 支持BGA121封装；

• 工作温度0~70℃，-40~85℃；

典型应用

T630在引脚及功能上可兼容CYUSB3014，在一些数据采集、视频监控等场景下可替代赛普拉斯CYUSB3014系列芯片的应用。

图2是T630的典型应用框图，使用T630作为专用接口芯片，实现了一条由外部设备至主机端的高速双向数据传输通路。

T630通过USB3.0接口与主机端相连接，可实现最多8个端点数据的传输；

T630通过MUXIO接口与FPGA连接，接口模式为FIFO Salve。

通路中，主机端负责发起数据传输请求，T630响应主机请求并对数据进行传输，FPGA作为数据源端或目的端，经由FIFO接口发送或接收应用数据。

图2 T630典型应用框图

图3 T630应用场景

开发资源

为了降低用户开发T630的难度，加快客户产品研发进度，方寸微电子提供了完善的二次开发包资料，并对应用接口进行了封装。如下图4是方寸微电子提供的二次开发板，开发板集成了T630、FPGA芯片、LVDS接口等资源，方便用户快速二次开发。并根据典型应用和主要功能，在主机端、T630设备端、FPGA端分别进行了优化处理。

图4 T630开发板

主机接口优化：

T630芯片经过USB接口以自定义设备方式连接至主机，采用bulk批量传输模式，windows系统下主机端程序基于WinUSB驱动开发，通过私有命令与T630进行通信，控制数据传输过程。主机端通信接口框架如图5，其中蓝色部分由方寸微电子SDK包提供，灰色部分由WinUSB底层驱动提供。

图5 主机接口框架

T630固件优化：

T630固件功能结构如图6由下至上可分为驱动层（Driver）、通道管理层（仅用于USB和MUXIO）、用户应用层（Application）3个层次，SDK中已实现了驱动层至应用层功能，开发者可按实际需求添加相应功能代码，形成自己的应用方案。各层次介绍如下：

1) 驱动层

本层位于代码结构最下层，主要包含USB、BSP、MUXIO等硬件模块驱动程序。该层主要实现各硬件模块的初始化、运行控制、状态监测等功能，并为上层提供基础API。本层功能由T630固件库实现。

2) 通道管理层

本层实现一套高性能虚拟通道管理机制，可提高USB与MUXIO数据传输效率，全部基于上层逻辑实现，用户也可在此基础上自行修改增减功能。

3) 应用层

本层实现了数据从USB到MUXIO传输通路的整体功能。

图6 T630固件通功能结构

FPGA接口优化：

T630的MUXIO接口是一种多功能接口模块，支持FIFO Slave、FIFO Master、SRAM Master、ADMUX Master四种工作模式，可外接FPGA、高速密码芯片、SRAM颗粒以及ADMUX颗粒等外设，用以扩展T630芯片的功能。图7为FIFO Slave应用接口，左侧为外接CPU或FPGA，右侧为T630的MUXIO接口。

图7 FIFO Slave应用接口

为降低用户开发MUXIO接口的难度，减少用户开发工作量。方寸微电子根据目前同类应用中最为广泛的CYUSB3014芯片的GPIF II应用接口，在FPGA端实现了时序转换模块。如图8，其中红色①部分是Stream_in_demo_top与T630连接示意图；红色②部分是GPIFII到MUXIO接口的时序转换模块，用户使用时无需关心内部实现细节；红色③部分是方寸微电子提供的测试demo，用户用自己的FPGA程序替换掉测试demo部分代码就可实现数据的收发。