S698系列SoC芯片的性能特点及应用解决方案

作者：蒋晓华，李付海，祁波

1 S698的典型结构

S698是欧比特公司在借鉴国际最新研究成果的基础上，自行研发的系列高性能SoC芯片的总称。它主要面向工业控制、航空航天控制、军用电子设备、POS及税控机终端以及消费电子等嵌入式领域的应用。

典型的S698 SoC芯片由整型处理单元、Cache模块、浮点处理单元、片内总线、时钟管理模块、硬件调试支持单元、存储器控制器以及其他片内外设等模块组成。图1为其典型的结构框图。

2 S698的主要特征

S698系列SoC芯片具有如下主要特征：

◆内核为基于SPARC V8（IEEE-1754）指令体系架 构的高性能RISC处理器，指令为5级流水，支持两条DSP指令（MAC和UMAC）；

◆片内集成硬件乘法器和硬件除法器；

◆集成基于IEEE-754标准的32／64位单／双精度浮点处理单元；

◆具有双Cache结构：指令Cache和数据Cache容量可配置且相互独立；

◆采用AMBA2.0标准总线作为片内互联总线，AHB连接高速设备，APB连接低速设备，这种结构可以方便地实现片内设备及资源的裁减；

◆片内采用多时钟机制，内核等高速设备使用高频时钟，外设等使用低频时钟，且时钟倍频／分频参数可以通过软件或硬件方式进行设置；

◆片内集成硬件调试支持单元DSU，无需外扩仿真器的支持，就可以直接进行系统调试；

◆集成存储器控制器，支持ROM、SRAM、SDRAM、I／O等类型的外部存储器，并且支持8、16、32三种位宽的数据总线，最大寻址空间为2 048 MB；

◆片内集成丰富的外围设备，如中断控制器、定时器、GPIO、UART、PCI总线控制器等；

◆所有模块全都为可综合的RTL级描述，可以方便地移植到任何ASIC工艺上，或在大规模FPGA器件中实现。

为了配合S698系列SoC芯片的推广以及方便系统设计者们的使用，欧比特公司还为其提供强大的软件支持： ◆编程语言：支持标准C、SPARC汇编以及混合编程三种编程方式；

◆开发环境：配备了视窗风格的集成开发环境ORI-ON和命令行界面的开发环境；

◆操作系统：支持RTEMS、μClinux、VxWorks；

◆大量的BSP软件包。

3 S698系列产品

自2002年起，欧比特公司就开始了基于SPARC V8体系架构的S698系列SoC芯片的研制工作。到目前为止，该产品已经形成丰富的产品线，包括数款成功流片量产的产品、数款MPW小规模试产的产品和数款基于FP-GA的量产产品。下面重点介绍几款流片量产的产品：S698、S698M、S698-ECR以及S698-MIL。

S698芯片是欧比特公司研制成功的一款基于SPARC V8体系架构的SoC芯片，也是一款商业化了的SPARC V8 SoC芯片。其发布于2003年，生产工艺为TSMC的0.25μm CMOS工艺，性能达到了133 MIPS／33MFLOPS@133 MHz。S698片内集成了存储器控制器、PCI控制器、UART、Timer、中断控制器、通用I／O、看门狗等丰富的外围设备。S698采用PBGA329封装，温度级别为商业级，功耗4 mW／MHz。

S698M于2004年推出，为S698的加强版，采用0.18μmCMOS工艺生产，性能提高到了200 MIPS／50 MFLOPS@200 MHz，S698M封装采用PBGA352，温度级别达到了工业级水平。同S698相比较，S698M最大的改进就是增加了存储器检错纠错（EDAC）功能，使其更加适用于恶劣环境下的应用，如工控环境、野外环境以及军工领域。

S698-ECR是专门面对电子记账行业及其他消费类应用而定制的SoC芯片。于2005年推出，采用0.18μmCMOS工艺生产，性能达到160 MIPS／40 MFLOPS@160MHz，封装形式为PQFP160，温度级别为商业级。S698-ECR除了集成了UART、Timer、中断控制器、通用I／O、等外围设备之外，还集成了与POS及税控机应用密切相关的一些外设，如IC卡控制器、磁条卡控制器、PS／2控制器、实时时钟等。这样可以为系统设计提供丰富的片内资源，大幅度降低系统成本，缩小系统体积。 S698-MIL是在S698-ECR基础上改进的一款产品，于2006年推出。其生产工艺为0.18μm工艺，性能提高到160 MIPS／40 MFLOPS6@160 MHz，温度级别达到军品级要求，其他的指标与S698-ECR基本一致。

此外，欧比特公司正在进行四核并行处理芯片S698P-SoC的研制。其在单颗芯片内部集成了4个S698处理器，每个处理器均配有独立的双精度浮点处理单元和Cache模块。S698P-SoC芯片的整型和浮点处理能力将分别达到800 MIPS和200 MFLOPS，可以满足图像等复杂信息处理的需求。日前，S698P-SoC芯片已经在FP-GA功能验证平台上通过了原型验证。到2007年下半年，该芯片0.13 μm工艺下的MPW样片将问世。

4 S698的应用

每一款S698系列SoC芯片的研制都是根据一定的应用场合要求而进行的，因此在各自面向的领域（如S698在家用电器应用领域，S698M及S698-MIL在工业控制、航电设备及军工电子产品领域，S698-ECR在税控机、银税机、POS机、教学系统领域等）都有着广泛的应用。产品种类繁多，包括板卡、高可靠计算机、整机等。

S698系列SoC芯片具有高性能的整型处理单元和浮点处理单元，自带硬件乘除法器，片内集成丰富的外设，软件支持有力。这些为设计者们设计性能优良、体积轻巧、成本低廉、入市迅速的嵌入式系统设备提供了一种极佳的半导体解决方案。