摘要
伴隨國產芯片替代浪潮，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USB3.0+FPGA方案來滿足商務平衡及特色功能開發的需求。方寸微電子自主研發的T630國產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，可幫助客戶縮短產品開發周期、降低整體開發成本，提升產品市場競爭力。
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、芯片國產化
內容目錄
0.背景介紹
1.方寸微電子T630國產USB3.0高速接口芯片介紹
1.1芯片基本信息介紹
1.2芯片內部架構
1.3T630核心價值
1.4芯片產品特點
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數據處理流程
2.3演示概況
3.結語
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，隨著這幾年直播行業的火爆，性能及功能需求也越來越多。同時伴隨國產芯片替代浪潮，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USB3.0+FPGA方案來滿足商務平衡及特色功能開發的需求。
1.T630國產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據，因此行業發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的純國產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、工業采集卡、打印機、掃描儀、數字攝像機、測量采集設備等眾多電子產品。
該芯片集成國產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或者服務器實現數據傳輸。值得一提的是，T630高速接口芯片的傳輸性能比業界標桿提升20%，而性價比優于業界標桿30%，打破了歐美廠商壟斷十年的市場。
T630芯片外觀
（10mmx10mm，BGA封裝，工業級）
1.2 芯片內部架構：
1.3 T630核心價值：
1.4 芯片產品特點：
系統資源
·集成32位國產CPU CK803S；最高工作頻率200MHz
·CK803S內置16KB I/D Cache，內置32KB DTCM
·32KB ROM；256KB SRAM；8KB SRAM（系統專用）512KB/1MB片內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位數據位寬，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
·內置硬件DMA
·內置POR（Power on Reset）電路
·內置8個定時器
·內置中斷控制器
·內置1個看門狗
封裝形式：BGA121
封裝尺寸：10.0mm*10.0mm*0.8mm
T630開發評估板
（歡迎通過方寸官網官微申請試用）
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，且自主可控的國產芯片替代方案。由方寸T630（USB3），國產FPGA、HDMI RX、聲音Codec等芯片組成，整體框圖如下圖所示。
·Codec：轉換數字，模擬聲音信號
·RX：HDMI輸入的視頻格式轉換為TTL信號
·FPGA：采集RX輸出的音視頻信號，并UVC/UAC組包發送到T630
·T630：負責UVC/UAC協議數據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等系統兼容，適配系統相機、skype、釘釘等APP
·上位機在線升級設備固件功能
2.2 數據處理流程
如上圖示，本數據通路中USB Device為T630前端，與Host建立物理連接，主要完成UVC協議的交互處理及數據上下行傳輸；Muxio負責FPGA端數據的接收及下發，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。低速模式數據緩沖在SRAM，而高速模式緩沖DTCM中，分別適合用來傳輸音視頻數據。
如果要完成4KP30音視頻數據的傳輸，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據處理流程等，以滿足市場上對全國產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，以開發自主知識產權的集成電路芯片為基礎，持續創新，依靠技術優勢，不斷提升產品品質，為客戶創造更多價值，助力機器視覺和自動化產業高速發展。
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，現已在北京、上海、深圳、青島設有分公司和研發中心，作為網絡安全SoC處理器的核心供應商，方寸產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高端密碼處理器、高性能網絡安全芯片、高速接口控制芯片的研發、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、大規模量產及品質管控等綜合能力上具有國內領先的優勢，公司將持續為信創安全、工業、網絡通信、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年以上行業研發經驗，在SoC設計及驗證、超高速密碼算法、高速網絡接口、安全產品生產及測試等方面具有豐富的經驗及技術積累。公司將始終堅持以市場為龍頭，以人才為根本，以開發自主知識產權的集成電路芯片為基礎，持續創新，依靠技術優勢，不斷提升產品品質，為客戶創造更多價值，打造引領信息安全產業快速發展的高科技芯片企業。
核心能力
