一種新穎的多媒體SoC芯片--Virgine G2

關(guān)鍵詞：嵌入式EISC CPU 圖像加速器 音頻引擎

PC內(nèi)部是由CPU、主板、顯示卡、聲卡等一系列器件組成的，體積大、功耗高。在嵌入式應(yīng)用中對(duì)體積和功耗有嚴(yán)格限制，需要一種集CPU、顯示和聲卡于一身的芯片。韓國ADChips公司適時(shí)推出了一款內(nèi)嵌32位微處理器的多媒體芯片Virgine G2，使得外部電路的設(shè)計(jì)變得非常簡便。

1 芯片結(jié)構(gòu)

芯片的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由CPU、2D圖像加速器、音頻引擎及周邊外設(shè)組成。

1.1 32位微處理器EISC SE3208

Virgine G2芯片中內(nèi)嵌的EISC CPU--SE3208是該公司自主版權(quán)的32位CPU，內(nèi)含2路4KB的Cache,最大頻率為45MHz。

可擴(kuò)展的指令集計(jì)算機(jī)EISC（Extendable Instruction Set Computer）基于RISC，使用精簡指令集，指令運(yùn)行為單時(shí)鐘周期；但是它融合了CISC的優(yōu)點(diǎn)，即代碼密度非常高。它體積小，功能卻很強(qiáng)大，非常適用于作為嵌入式的MCU。

EISC CPU使用定長的16位指令，操作數(shù)可以靈活擴(kuò)展為16/32/64位，這是通過擴(kuò)展寄存器和擴(kuò)展指令實(shí)現(xiàn)的；EISC CPU的程序代碼小，并且向上兼容，16/32/64位EISC CPU的代碼可以通用，方便升級(jí)；EISC CPU全部使用C/C++語言進(jìn)行開發(fā)。

1.2 基于3D的2D圖形加速器

芯片的圖像加速器最高工作在90MHz。CRT控制器支持NTSC/PAL及SVGA顯示，還支持和外部電視信號(hào)的疊加，每行最大1024個(gè)像素，16bit彩色模式；支持紋理和實(shí)時(shí)貼圖、透明和α（半透明）變換、圖像旋轉(zhuǎn)和放大/縮小等，如圖2所示。

貼圖性能：每秒處理580個(gè)對(duì)象。（測(cè)試條件：80MHz工作頻率下，320240顯示模式，256256的紋理尺寸。）

最大外接視頻存儲(chǔ)器（frame memory）：8MB DRAM，最大外接紋理存儲(chǔ)器（texture memory）：8MB DRAM。

貼圖原理與Windows的DirectX兼容，簡介如下：

①在texture memory中（0X3800000～0X381FFFF) 有128KB的隊(duì)列，用于發(fā)出貼圖命令包。用戶開始將圖片（可支持BMP的各種格式）放在texture memory中的剩余空間（稍小于8MB）。

②每一個(gè)命令包有64B,因此共有2048個(gè)命令包，并且構(gòu)成循環(huán)隊(duì)列。

③在frame momory中有前后緩沖區(qū)，用戶設(shè)置即即可。

④貼圖的過程為：a.命令包1,2,3,4,5，……，將圖片貼在后緩沖區(qū)中，可以有覆蓋、透明、半透明方式，并可以縮放和旋轉(zhuǎn)，由圖像加速器自己合成一張整幅圖像，這時(shí)并不顯示。b.執(zhí)行一條FLIP指令，前后緩沖區(qū)交換，圖像顯示出來，之前發(fā)出的命令包被舍棄。c.重復(fù)過程a,b，……，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的播放，過程與Windows的DirectX兼容，熟悉Windows動(dòng)畫的人使用起Virgine G2來非常方便。

1.3 音頻引擎

Virgine G2支持8/16位最大44.1kHz的PCM格式的聲音，在Windows中即為Wav文件。聲音播放原理如下：

①有32個(gè)通道可以同時(shí)播放。對(duì)應(yīng)32個(gè)寄存器組（分布在0x4800000～0x48003ff中），指明聲音的地址，播放方式。

②聲音數(shù)據(jù)一般放在frame memory或texture memory中除了圖像外的剩余空間，最大可用4MB。

③播放長聲音文件時(shí)可以采用中斷方式分段放。

④每一個(gè)通道可以分別設(shè)置左右聲道的音量，用2個(gè)通道就可以播放立體聲，即一個(gè)通道播放左聲道，另一個(gè)通道同時(shí)播放右聲道。

⑤每個(gè)通道可以設(shè)置音效，如回聲、混響、panning等等。

1.4 其余外設(shè)

Virgine G2可大大簡化外部電路的設(shè)計(jì)。它含有32個(gè)3.3/5V兼容的I/O口、DRAM控制器、2路DMA、4路定時(shí)器、2路串行通信器、看門狗、中斷控制器、PWM、PPM（脈寬測(cè)量）、2路光筆接口等，并內(nèi)建RAM DAC（直接輸出R、G、B信號(hào)，該芯片也可以輸出R、G、B數(shù)字量信號(hào)）和PLL電路（外部晶振只用14.318MHz）。

由于圖像加速器和音頻引擎是獨(dú)立工作的，CPU只負(fù)責(zé)對(duì)它們的控制，因此CPU在空閑的時(shí)間里還可以處理其它任務(wù)，如JPEG、MP3、MPEG-1以及其它測(cè)量控制任務(wù)等等。

1.5 開發(fā)手段

采用Windows下的VIDE集成環(huán)境，使用C/C++語言，調(diào)用該公司提供的圖形/聲音庫即可。

仿真是采用在用戶目標(biāo)板上內(nèi)建仿真器的方案，即在目標(biāo)板上運(yùn)行一個(gè)監(jiān)控程序，用一個(gè)串口和PC機(jī)通信，就可以在PC機(jī)上調(diào)試應(yīng)用程序。

2 應(yīng)用介紹

下面以射擊/射箭運(yùn)動(dòng)模擬器為例介紹Virgine G2的應(yīng)用，如圖3所示。系統(tǒng)方框如圖4所示。

在射擊/射箭運(yùn)動(dòng)中，用模擬搶上的光筆或箭靶上的傳感器來產(chǎn)生得分的原始數(shù)據(jù)，Virgine G2收到這些數(shù)據(jù)后將其變換成分值顯示在電視或顯示器上，同時(shí)播放效果聲音。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是用PC機(jī)加上顯示卡、聲卡來實(shí)現(xiàn)。采用Virgine G2后，可以省去PC機(jī)，減少了體積，降低成本。

除了娛樂方面的應(yīng)用外，Virgine G2還可以應(yīng)用于嵌入式MIDI、Flash動(dòng)畫播放器、高檔儀器儀表的人機(jī)接口等等。