摘要
伴随国产芯片替代浪潮，以及最近进口FPGA芯片价格飞涨，市场上越来越需要一款全国产USB3.0+FPGA方案来满足商务平衡及特色功能开发的需求。方寸微电子自主研发的T630国产USB3.0高速接口芯片具有功能丰富、性能强劲、扩展性强等特点，可完美适配视频采集卡、视频会议摄像头等众多电子产品，尤其针对音视频采集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。
关键词：T630高速USB3.0接口芯片、4K超高清音视频采集应用方案、芯片国产化
内容目录
0.背景介绍
1.方寸微电子T630国产USB3.0高速接口芯片介绍
1.1芯片基本信息介绍
1.2芯片内部架构
1.3T630核心价值
1.4芯片产品特点
2.T630高速接口芯片4K超高清音视频采集应用方案
2.1方案基本信息介绍
2.2数据处理流程
2.3演示概况
3.结语
4.关于方寸微电子
0.背景介绍
前些年的USB3.0音视频采集卡方案基本用CYUSB3014等国外主控芯片来实现，随着这几年直播行业的火爆，性能及功能需求也越来越多。同时伴随国产芯片替代浪潮，以及最近进口FPGA芯片价格飞涨，市场上越来越需要一款全国产USB3.0+FPGA方案来满足商务平衡及特色功能开发的需求。
1.T630国产USB3.0高速接口芯片介绍
1.1 芯片基本信息介绍
机器视觉需要实时传输海量数据，因此行业发展离不开高速接口控制器的助力，T630芯片是方寸微电子自主研发的纯国产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，可广泛适用于视频采集卡、工业采集卡、打印机、扫描仪、数字摄像机、测量采集设备 等众多电子产品。
该芯片集成国产32位高性能RISC CPU，支持USB3.0、MUXIO、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。值得一提的是，T630高速接口芯片的传输性能比业界标杆提升20%，而性价比优于业界标杆30%，打破了欧美厂商垄断十年的市场。
T630芯片外观
(10mmx10mm，BGA封装，工业级)
1.2 芯片内部架构：
1.3 T630核心价值：
1.4 芯片产品特点：
系统资源
· 集成32位国产CPU CK803S;最高工作频率200MHz
· CK803S内置16KB I/D Cache，内置32KB DTCM
· 32KB ROM;256KB SRAM;8KB SRAM(系统专用)512KB/1MB片内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/中断/等时传输类型
· MUXIO接口支持最大32位数据位宽，最高120MHz接口频率，支持FIFO Slave、FIFO Master、SRAM Master、ADMUX Master四种工作模式
· I2C接口支持Standard, Fast and Fast+ modes;支持HS-mode;支持主从模式
· UART接口完全兼容高速NS 16C550A UART;最高波特率为3Mbit/s;集成32bytes TX/RX FIFO
· SPI接口支持主从模式;支持中断和查询模式
其他资源
· 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
封装形式：BGA121
封装尺寸：10.0mm*10.0mm*0.8mm
T630开发评估板
(欢迎通过方寸官网官微申请试用)
2.T630高速接口芯片4K超高清音视频采集应用方案
2.1 方案基本信息介绍
本方案是方寸微电子主导开发的一款USB3.0，集4KP30视频、音频输入采集+音频输出等功能，且自主可控的国产芯片替代方案。由方寸T630(USB3)，国产FPGA、HDMI RX、声音Codec等芯片组成，整体框图如下图所示。
· Codec：转换数字，模拟声音信号
· RX：HDMI输入的视频格式转换为TTL信号
· FPGA：采集RX输出的音视频信号，并UVC/UAC组包发送到T630
· T630：负责UVC/UAC协议数据传输及设备枚举及握手控制
基本功能：
· USB3.0/2.0 Device双模式
· 符合UVC1.0+UAC1.0协议
· HDMI 1.4b标准输入，UVC视频设备最大支持3840*2160@30Hz输出
· 设备枚举支持YUY2、RGB24、NV12等格式的24种不同分辨率，支持增删
· 音频2路输入(RX+MIC)+1路输出(Headphone),48000 16位采样
· Windows、Android、Linux、MacOS等系统兼容，适配系统相机、skype、钉钉等APP
· 上位机在线升级设备固件功能
2.2 数据处理流程
如上图示，本数据通路中USB Device为T630前端，与Host建立物理连接，主要完成UVC协议的交互处理及数据上下行传输;Muxio负责FPGA端数据的接收及下发，32位并行总线，最高工作频率120 MHz，类似GPIF总线，差别主要有ep通道表达不同，T630 DMA模式分高、低速模式。低速模式数据缓冲在SRAM，而高速模式缓冲DTCM中，分别适合用来传输音视频数据。
如果要完成4KP30音视频数据的传输，对MUXIO的带宽要求是很高的，实际验证完全满足NV12 4KP3的要求。下面是T630 4通道批量传输模式下的吞吐量测试：
由上图可以看出，每秒最高传输速率：411.55MB/S，每秒平均传输速率：410.88MB/S，每秒最低传输速率：405.13MB/S。以上通过7*24小时稳定性测试。
2.3 演示概况
USB线插入主机后，设备管理器里会枚举识别到如上1个相机设备+3个音频设备。
在potplayer的摄像头设备格式栏里列举了支持的视频格式及分辨率。
在OBS里的视频、音频采集设置栏里也会显示设备支持的视频格式及分辨率等属性。
3.结语
本文主要介绍了T630高速USB3.0接口芯片在4K超高清音视频采集中的应用及其数据处理流程等，以满足市场上对全国产USB3.0+FPGA方案的需求。方寸微电子将始终坚持以市场为龙头，以人才为根本，以开发自主知识产权的集成电路芯片为基础，持续创新，依靠技术优势，不断提升产品品质，为客户创造更多价值，助力机器视觉和自动化产业高速发展。
4. 关于方寸微电子
方寸微电子科技有限公司2017年成立，总部位于济南，现已在北京、上海、深圳、青岛设有分公司和研发中心，作为网络安全SoC处理器的核心供应商，方寸产品已大量商用于各类信息安全终端。方寸微电子致力于国产高端密码处理器、高性能网络安全芯片、高速接口控制芯片的研发、设计和销售。方寸微电子在集成电路架构设计、安全密码算法、核心技术自主可控、大规模量产及品质管控等综合能力上具有国内领先的优势，公司将持续为信创安全、工业、网络通信、汽车等重点领域提供完整的芯片级解决方案。
方寸微电子研发团队由信息安全领域知名专家领衔，核心成员均具有10年以上行业研发经验，在SoC设计及验证、超高速密码算法、高速网络接口、安全产品生产及测试等方面具有丰富的经验及技术积累。公司将始终坚持以市场为龙头，以人才为根本，以开发自主知识产权的集成电路芯片为基础，持续创新，依靠技术优势，不断提升产品品质，为客户创造更多价值，打造引领信息安全产业快速发展的高科技芯片企业。
核心能力
