X1000 - многофункциональный процессор для Интернета вещей

Каким должен быть процессор для Интернета Вещей? Ответ на этот вопрос не так уж очевиден. Кто-то скажет, что малопотребляющим. Для кого-то ключевым качеством станет высокая производительность. В ряде случаев важным будет универсальность и гибкость. Компания Ingenic Semiconductor предлагает универсальный вариант – процессор X1000. Его максимальная частота достигает 1 ГГц, а удельное потребление ядра составляет всего 0.09 мВт/ МГц.

Рис. 1.	X1000 – один из первых специализированных процессоров для IoT.

Вопрос о том, каким должен быть процессор для IoT (Internet of Things) до сих пор остается открытым. Для создания систем облачных вычислений необходима высокая производительность. Если речь идет о коммерческих системах, то следует сосредоточить внимание на оптимизации стоимости. Если требуется универсальный процессор для целого спектра приложений, то важно, чтобы он обладал богатой периферией.

В последнее время появляется все больше процессоров, отвечающих если не всем перечисленным требованиям, то, как минимум, очень близких к этому. Одним из них стал новый X1000 от китайской компании Ingenic Semiconductor.

X1000 – процессор, работающий на частоте до 1 ГГц, обладающий богатейшей периферией и низким потреблением (Рис. 2). Это один из первых процессоров, который целенаправленно разрабатывался для IoT приложений.

Рис. 2.	Структура X1000 от Ingenic Semiconductor.

Ключевые особенности нового X1000:

• высокая производительность за счет ядра MIPS32 RISC XBurst с рабочей частотой до 1 ГГц;
• низкое потребление и возможность работы от батарейного питания;
• богатейший выбор специализированной мультимедийной периферии;
• широкий перечень стандартной периферии;
• интегрированные модули шифрования AES и RSA.

Процессорное ядро. X1000 построен на базе ядра MIPS32 RISC, созданного по фирменной технологии XBurst.

Технология XBurst используется для создания трех типов процессоров с различными топологическими нормами и быстродействием: 65-нм 1 ГГц процессоры с потреблением 0.09 мВт/МГц; 40-нм 1.2 ГГц процессоры с потреблением 0.07 мВт/МГц; 40-нм 0.5 ГГц процессоры с потреблением 0.05 мВт/МГц.

Для X1000 используется ядро с максимальной частотой 1 ГГц, выполненное по топологии 65-нм. В нем применяется 9-ступенчатый конвейер и два уровня кэш: 16 Кбайт L1 кэш команд, 16 Кбайт L1 кэш данных, 128 Кбайт L2 общая кэш.

Удельная потребляемая мощность ядра в активном режиме составляет всего лишь 0.09 мВт/МГц. А в спящем режиме и вовсе 0.02 мВт! При этом такая экономичность не сказывается на производительности. Так, например, на синтетических тестах (Dhrystone 2.0) процессор демонстрирует солидные 2.0 DMIPS/МГц, а это дает 2000 DMIPS при максимальной частоте!

Интегрированная периферия. Важное достоинство X1000 – богатая мультимедийная периферия: аудио кодек с интегрированными ЦАП и АЦП, JPEG-энкодер, контроллер микрофонов, блок распознавания речи Voice Trigger Engine.

Если интегрированных блоков недостаточно, то функционал X1000 может быть расширен с помощью внешних микросхем. Для их подключения используется широкий выбор доступных стандартных интерфейсов: USB 2.0 OTG, Ethernet 10/100, I²S, Display SLCD, PCM, Camera DVP, UART SDIO, SMB, SPI.

Память. X1000 предназначен для работы под управлением операционной системы Linux, которая предъявляет значительные требования к объему памяти. Кроме того, процессор разрабатывался для создания мультимедийных устройств, а это также требовательные к памяти приложения.

Сам кристалл X1000 содержит 32 МБайт LPDDR. Кроме того, пользователю предоставлены значительные возможности по использованию внешней памяти:

• 16-битной памяти DDR2, DDR3 и LPDDR объемом до 512 Мбайт;
• Quad-SPI NOR/NAND;
• eMMC, SDHC.

Шифрование. Вопрос защиты данных – один из важнейших для любых сетевых устройств. Так как X1000 разрабатывался с прицелом на IoT, то инженеры Ingenic Semiconductor предусмотрительно снабдили его блоками шифрования: AES и RSA.

Для ускорения разработки IoT приложений компания Ingenic Semiconductor предлагает использовать процессорные модули Halley2.

Halley2 IoT Module – компактный модуль 26×37×3 мм, построенный на базе процессора X1000 (Рис. 3). Кроме X1000 на плате размещены различные микросхемы: память 16 MB SPINOR, Wi-Fi приемопередатчик, Bluetooth приемопередатчик, DC/DC-преобразователь, линейный стабилизатор и кварцевые генераторы.

Для подключения Halley2 используется 94-контактный разъем.

Стоит отметить, что Halley2 перенял от X1000 не только производительность, но и низкий уровень потребления: в режиме сна 2 мВт, среднее потребление 200 мВт, пиковое потребление 700 мВт.

Рис. 3.	Структура X1000 от Ingenic Semiconductor.

Halley2 предназначен для использования в составе конечных устройств. Если же ставится цель ознакомления со всеми возможностями X1000, то лучшим выбором станет отладочная плата Phoenix board.

Phoenix board – законченный отладочный набор, позволяющий максимально быстро изучить X1000 и начать с ним работу. Кроме процессора на плате размещено огромное количество дополнительных микросхем, разъемов, элементов питания (Рис. 4). Стоит отметить, что разработчики могут использовать этот набор в качестве готового модуля в своих устройствах, так как размер платывсего 105×95 мм.

Рис. 4.	Внешний вид и назначение компонентов Phoenix board.

Процессор X1000 имеет все необходимое для создания устройств самого различного назначения:

• приложения IoT;
• системы распознавания речи;
• беспроводные системы передачи речи;
• домашняя автоматизация;
• системы беспроводного дистанционного управления;
• умные игрушки и т.д.

Характеристики процессора X1000:

• Рабочая частота: 1 ГГц;
• Кэш: 16 кБайт L1 кэш команд, 16 Кбайт L1 кэш данных, 128 Кбайт L2;
• Встроенная память: 32 МБайт LPDDR;
• Внешняя память: поддержка 16-битной LPDDR, DDR2, DDR3;
• Поддержка дисплея: 8-/ 9-/ 16-битный параллельный интерфейс SLCD;
• Поддержка камеры: 8-битный параллельный интерфейс до 2 Мпикс, интегрированный JPEG-энкодер с разрешением 1280×720@30fps;
• Поддержка аудио: интегрированный аудиокодек с ЦАП и АЦП, поддержка I²S/ SPDIF, поддержка PCM;
• Интерфейсы: I²C×3, SPI×1, USB 2.0HS OTG×1, MMC/ SD/ SDIO×2, Full-duplex UART×3, Serial flash×1, Smart card×1, I²S×1, PCM×1, Ethernet MAC1;
• Защита: RSA (2048 бит) и AES (256-бит);
• Корпус: 13×13×1.2 мм, BGA-190.

Характеристики модуля Halley2 IoT Module:

• Процессор: X1000,1.0 ГГц, 32 МБайт LPDDR;
• Подключение: 94-контактный разъем;
• Память: 16 MB SPI NOR FLASH;
• Wi-Fi: Broadcom 43438 (2.4 GHz IEEE 802.11b/g/n);
• Bluetooth: Broadcom 43438 Bluetooth 4.1 (Bluetooth Low Energy), Bluetooth 3.0, Bluetooth 2.1 + EDR;
• Система питания: DC/DC EA3036 (3.3 / 1.8 / 1.2 В), линейный стабилизатор SGM2036-2.5 (2,5 В);
• Резонаторы: 24 МГц, 32.768 кГц; 26 МГц (Wi-Fi/BT);
• Питание: 5 В;
• Габариты: 26×37×3 мм.

Характеристики оценочной платы Phoenix Board:

• Операционная система: Linux 3.0;
• Процессор: X1000,1.0 ГГц, 32 МБайт LPDDR;
• Память: 16 МБайт SPI NOR FLASH, Quad-SPI;
• Карты памяти: T-Flash Card;
• Аудио: аудиоусилитель LM4871, два цифровых микрофона, аналоговый микрофон;
• Беспроводные интерфейсы: Wi-Fi, Blue Tooth;
• Интерфейсы: USB OTG, Ethernet 10/100;
• Питание: 5 В или Li-ion аккумулятор 3.7…4.2 В;
• Возможные расширения: дисплей, камера, Zigbee;
• Габариты: 105×95 мм.

О компании

Ingenic Semiconductor Co., Ltd – китайский производитель и разработчик процессоров, систем на кристалле (SoC), процессорных модулей и готовых решений. Компания была основана в 2005 году.

Продукты и модули от Ingenic Semiconductor используются в самых различных приложениях: медицина, коммерческая и портативная электроника, IoT.
Ingenic Semiconductor так же разрабатывает законченные устройства: умные часы, умные очки и планшеты.

Посмотреть подробные характеристики продукции компании Ingenic Semiconductor