멀티미디어 및 네트워크 처리 기능을 갖춘 SoC 칩

풍부한 멀티미디어 기능을 갖춘 SoC 칩 기술 및 애플리케이션

현재 휴대용 기기의 애플리케이션은 점점 더 풍부해지고 있습니다. 사진, 음악, 영화, 비디오폰, 모바일 TV, 3D 게임, 위치 서비스, 웹 브라우징, 이메일, 인스턴트 메시징, 전자 결제 등 다양한 애플리케이션이 지속적으로 등장함에 따라 휴대용 장치의 데이터 처리 기능이 가속화되고 있습니다. '무어의 법칙' 성장률을 뛰어넘는다. 고급 휴대용 장치(예: 스마트폰, 하드 드라이브 PMP 등)에는 일반적으로 애플리케이션 프로세서가 있습니다. 이러한 프로세서는 끊임없이 변화하는 애플리케이션을 위한 플랫폼과 성능을 제공하고 장치 제조업체에 중요한 제품 차별화를 제공합니다. 권위 있는 시장 조사 기관의 분석에 따르면, 2005년부터 2009년까지 애플리케이션 프로세서의 연평균 성장률(CAGR)은 48%에 달했으며, 2009년까지 중국의 애플리케이션 프로세서 매출은 36억 달러에 달할 것입니다.

Shanghai Jiade Microelectronics Co., Ltd.의 Z228 칩은 일반적인 애플리케이션 프로세서로 TSMC 0.13um 프로세스를 사용하며 코어 전압은 1.2V, I/O 전압은 2.5/3.3V입니다. 패키지는 441-TFBGA입니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 Z228 칩의 외관은 RMB 50 동전보다 약간 작습니다.

그림 1: Z228 칩의 실제 사진.

Z228은 초소형 노트북 마더보드(DRAM, 하드 드라이브 등 없음)에 디스플레이, 키보드, 마우스, 네트워크 포트 및 기타 주변 장치를 추가하여 A 포켓이 된다고 상상하실 수 있습니다. 랩탑. 이는 시스템온칩(SoC) 개념을 반영한 것이다. 실제로 Z228은 고성능, 저렴한 하드웨어 비용, 소프트웨어의 유연성을 결합한 고도로 통합된 SoC 칩입니다. 모듈 블록 다이어그램은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2에서 볼 수 있듯이 칩 소프트웨어의 유연성은 주로 ARM926EJ 코어에 반영됩니다. 현재 거의 모든 응용 프로세서는 ARM 코어를 사용합니다. 어떤 의미에서 ARM은 휴대용 단말기 분야에서 사실상의 표준으로 간주될 수 있으며, ARM 명령어 세트와 호환되는 많은 소프트웨어를 인터넷에서 다운로드할 수 있습니다. 칩 하드웨어의 고성능과 저렴한 비용은 주로 MPEG-4 엔진과 이미지 처리 엔진에 반영됩니다. 비디오 인코딩 및 디코딩 작업과 이미지 처리가 완전한 하드웨어로 구현되어 ARM 코어의 부담을 크게 줄이고 단말기의 배터리 수명을 크게 연장시킵니다. 하드웨어 솔루션을 사용하는 또 다른 이점은 이를 독립적으로 개발하거나 제3자로부터 멀티미디어 인코딩 및 디코딩 소프트웨어를 구입할 필요가 없으므로 개발 주기가 단축되고 R&D 비용이 절감된다는 것입니다.

다음에서는 Z228 칩의 기술적 특징과 응용에 대해 소개하겠습니다.

1. ARM926EJ 코어

Z228은 ARM9 시리즈 중 가장 고급스러운 ARM926EJ 프로세서 코어를 채택했습니다. 코어 주파수는 0.13um 프로세스에서 300MHz에 도달할 수 있습니다. 고성능 및 저전력 소비 요구 사항을 고려하여 멀티 태스킹 모바일 애플리케이션 소프트웨어용으로 특별히 설계되었습니다. 이 코어의 지원으로 Z228은 오디오, 비디오, 이미지, 2D 그래픽, Java 3D 게임 및 기타 멀티미디어 응용 프로그램 소프트웨어를 원활하게 실행할 수 있습니다.

그림 2: Z228 칩 기능 블록 다이어그램

Z228의 ARM926EJ 코어에는 TCM 인터페이스와 함께 16KB 명령어 캐시와 16KB 데이터 캐시가 포함되어 있습니다. MMU(메모리 관리 장치)는 WinCE, Linux 등 임베디드 OS를 지원합니다. Z228은 매트릭스 AMBA 버스(MAB)를 사용하여 처리량이 높은 데이터 애플리케이션에 충분한 대역폭을 제공합니다. ARM926EJ는 ARMv5TEJ 명령어 세트를 사용하고 ARMv4 명령어 세트와 역호환되며 널리 사용되는 ARM 개발 및 디버깅 시스템을 지원하므로 단말 장비 제조업체의 소프트웨어 투자를 최대한 보호할 수 있습니다.

Z228은 ARM의 JazelleTM 가속 기술을 지원하여 Java 프로그램의 실행 속도를 크게 향상시키고 매우 낮은 전력 소비를 유지할 수 있습니다. MOVE 보조 프로세서는 SAD 엔진을 구현하여 비디오 인코딩 효율성을 50% 이상 향상시킵니다.

2. MPEG-4 코덱 엔진

Z228에는 VGA@30fps 전이중 코덱을 수행할 수 있는 MPEG-4/H.263 전체 하드웨어 코덱 엔진이 내장되어 있습니다. , ARM926EJ는 부하가 매우 낮고(5% 미만) 운영 체제 및 기타 응용 프로그램을 원활하게 실행할 수 있습니다. CIF 크기만 지원하는 시중의 주류 칩과 비교할 때 Z228의 비디오 성능은 더 유리합니다. 최대 8Mbps의 비트 전송률로 실시간 디코딩을 수행하면 영상에 정지감이 없습니다. 또한 CIF에 비해 고품질 VGA 녹화는 PC에서 재생할 때 이미지가 더 크고 TV로의 출력도 더 좋습니다.

완전한 하드웨어 구현의 특징으로 소프트웨어 개입을 최소화하고 제품의 안정성을 향상시킵니다. 엔진은 매우 절전적인 특허 모션 추정 기술을 사용합니다. VGA@30fps 전이중 인코딩 및 디코딩 시 전력 소비는 120mW 미만입니다.

그림 3: 오류 교정 없이 디코딩된 이미지. 그림 4: Z228의 디코딩된 이미지.

낮은 비트율 전송 조건에서도 뛰어난 화질을 제공하기 위해 엔진에는 슬라이스 재동기화(Slice resynchronization), 데이터 파티션(Data partition), 가역 ​​변수 롱 코드( RVLC), 헤더 확장 코드(HEC) 등을 통해 무선 환경에서 영상 전송의 견고성을 대폭 향상시켰습니다. 그림 3과 그림 4를 비교하면 Z228의 오류 방지 기술이 이미지 품질을 향상시키는 데 탁월한 성능을 발휘한다는 것을 알 수 있습니다.

Z228에는 색 공간 변환, 모든 규모의 이미지 스케일링, 디블로킹/디루핑 필터링, 밝기/대비/채도 보정 및 디더링을 지원하는 고성능 풀 하드웨어 비디오 후처리 엔진이 내장되어 있습니다. , 이미지 마스크, PIP(Picture-in-Picture) 및 기타 기능. 디코딩된 영상 이미지는 CPU 개입 없이 엔진 처리 후 화면에 직접 표시되므로 전력 소모 없이 원활한 영상 재생이 가능합니다.

3. 비디오 인터페이스 가속 엔진

Z228에는 EBBI 보간 복원, AWBA 화이트 밸런스 조정을 포함하여 Jade의 특허받은 구성 가능한 이미지 처리 파이프라인 기술을 채택한 비디오 인터페이스 가속 엔진이 내장되어 있습니다. , IBCSA 이미지 보정, 감마 색상 보정, HPFS 디지털 줌, ADNR 노이즈 제거, DES 가장자리 향상 및 기타 모듈. 가속 엔진은 CMOS/CCD 이미지 센서 인터페이스 회로를 통해 시중의 주류 CMOS/CCD 센서 모듈에 연결할 수 있으며 RAW, RGB, YUV와 같은 다양한 입력 형식을 지원합니다. Z228은 고품질 JPEG 코덱 모듈을 통합하고 최대 1600만 픽셀의 정지 사진을 촬영할 수 있습니다. 전자 뷰파인더와 화면 메뉴 기능도 하드웨어로 수행됩니다.

그림 5: Z228 칩의 소프트웨어 아키텍처.

또한 가속 엔진에는 CCIR656/601 입력 및 출력 인터페이스가 있어 TV 인터페이스 연결이 편리하고 TV 녹화 및 TV 출력과 같은 인기 있는 엔터테인먼트 애플리케이션을 제공합니다.

4. 주변기기 인터페이스

고집적 SoC 칩인 Z228에는 다양한 내장 하드웨어 인터페이스가 있어 시스템 개발자에게 많은 편의성을 제공할 뿐만 아니라 제품 비용을 효과적으로 줄이고 제품 볼륨을 줄입니다.

Z228은 듀얼 스크린 디스플레이를 지원합니다. 최대 SVGA(800x600)의 해상도를 갖춘 24비트 트루 컬러 메인 LCD 스크린과 보조 스크린 및 메인 스크린으로 작동하는 지능형 LCD 모듈 동시. Z228은 PDA, 학습기, 고급형 스마트폰 개발에 편리한 터치스크린을 지원합니다.

Z228에는 USB OTG 인터페이스가 내장되어 있어 제품이 PC 호스트 및 주변 장치와 쉽게 통신할 수 있을 뿐만 아니라 USB 저장 장치, USB 프린터 또는 기타 모바일 장치에 쉽게 연결할 수 있습니다. USB 프로토콜을 지원하는 장치.

그림 6: Z228 칩용 개발 보드.

대용량 메모리 카드에 대한 모바일 장치의 요구 사항에 대응하여 Z228은 SD/CF/PCMCIA 인터페이스를 통합하고 최대 4GB 용량 확장을 지원합니다.

Z228에는 기타 주변 장치 인터페이스도 내장되어 있어 2G/2.5G/3G 베이스밴드 칩, Bluetooth 컨트롤러, 이더넷 칩, 아날로그 오디오 코덱, TV 인코더 및 적외선 트랜시버, 마이크로 하드와 호환됩니다. 드라이브와 다양한 디바이스를 상호 연결하여 차별화된 제품을 개발합니다.

5. 임베디드 소프트웨어

SoC 연구 및 개발에서 임베디드 소프트웨어는 매우 중요한 위치를 차지합니다. 이는 제품의 차별화를 구현하고 사용자와 하드웨어 사이의 가교 역할을 하며, 이는 제품의 성패를 결정하는 핵심입니다. Z228의 임베디드 소프트웨어는 그림 5와 같이 계층화된 탄력적 아키텍처를 채택합니다.

하드웨어 추상화 계층에는 BSP(보드 지원 패키지), 드라이버 및 진단 디버깅 도구가 포함되어 있습니다. BSP는 시스템이 시작될 때 소프트웨어 환경을 제공하는 시작 코드(Bootloader)와 하드웨어 구성 파일로 구성됩니다. 하드웨어 추상화 계층은 소프트웨어와 하드웨어 모듈의 결합을 논리적으로 최소화하여 소프트웨어 및 하드웨어 협업 검증을 가속화하고 개발 주기를 단축합니다. OS 계층은 WinCE5.0 및 Linux2.6.15와 같은 주류 임베디드 운영 체제에 대한 지원을 제공합니다. 프로토콜 계층에는 주로 SIP, RTP, RTSP, 멀티미디어 라이브러리 등과 같은 필요한 미들웨어가 포함됩니다. 여러 API가 프로토콜 계층에서 추상화되어 애플리케이션 계층에서 호출됩니다.

하드웨어 추상화 계층부터 애플리케이션 계층까지 Z228 소프트웨어 개발 키트가 구성됩니다. 모듈식 설계 원칙을 따르며 구조적으로 확장 가능하고 유연합니다. 다양한 장치 및 애플리케이션의 경우 개발자는 비용과 성능 간의 균형을 유지하기 위해 적절한 절감을 할 수 있습니다.

6. 애플리케이션 예

Z228 칩을 기반으로 Jade는 그림 6과 같이 풍부한 인터페이스를 갖춘 시스템 보드와 개발 키트를 제공합니다. 이를 바탕으로 R&D 인력은 다양한 기능을 갖춘 제품을 신속하게 개발할 수 있습니다.

스마트폰. Z228 칩을 기반으로 연구원들은 더 적은 수의 장치를 사용하여 강력한 멀티미디어 스마트폰을 빠르게 개발할 수 있습니다. Z228은 UART 또는 68K 인터페이스를 통해 베이스밴드 칩과 통신할 수 있습니다. Z228은 주류 임베디드 운영 체제를 지원하고 고품질 오디오 및 비디오 통신을 지원하며 디지털 카메라/비디오 카메라 기능과 PDA 기능을 갖추고 소프트웨어 확장 기능을 갖추고 있습니다.

Z228은 효율적인 전원 관리를 구현하고 스마트폰의 배터리 수명을 효과적으로 연장할 수 있는 다양한 작업 모드를 제공합니다.

PMP/MP4. Z228의 강력한 멀티미디어 성능과 풍부한 주변기기 인터페이스는 하이엔드 컨버지드 PMP의 필수 기능입니다. Z228 기반 PMP는 외장 하드 드라이브, 메모리 카드, 카메라 모듈, FM 모듈, Bluetooth 모듈, 802.11 모듈에 연결할 수 있으며 사진, 비디오 촬영, 음악, FM 라디오, 녹음, TV 녹화 및 출력, 무선 전송, 디지털 동반자를 통합합니다. 등. 하나에 많은 기능이 있습니다. 내장된 ARM926EJ 프로세서는 임베디드 운영 체제를 실행하고 Java 게임, 플래시 플러그인, 인스턴트 메시징 소프트웨어, 전자책 등을 지원할 수도 있어 PMP 제품의 차별화를 완벽하게 반영합니다.

영상감시. Z228은 비디오 감시 시스템 구축에 이상적입니다. 내장된 ARM9 프로세서와 하드웨어 비디오 코덱은 네트워킹, 디지털화, 지능화로 발전하는 비디오 감시 추세에 맞춰 보다 유연하고 저렴한 분산 단말 장비와 IP 기반 모니터링 네트워크의 개발에 도움이 됩니다. Z228의 고급 비디오 압축 알고리즘은 낮은 대역폭(700kbps 미만)에서 우수한 이미지 품질(30dB 이상)을 제공할 수 있으며, 낮은 대기 시간 모드에서는 종단간 지연(전송 지연 제외)이 60ms 미만입니다. 오디오 및 비디오 동기화를 더욱 편리하게 실현합니다.

화상전화. Z228은 저가형 화상전화 및 화상회의 시스템을 설계하는 데 사용할 수 있습니다. 컬러 이미지 센서 모듈과 LCD 디스플레이 모듈을 결합한 Z228을 사용하면 양방향 MPEG-4 비디오 신호를 전송할 수 있습니다. 저지연 모드 및 오류 방지 기술이 결합된 VGA 크기의 사진은 사용자 경험을 크게 향상시킬 수 있습니다. ARM926EJ 프로세서는 SIP 프로토콜 스택을 실행하고 비디오 스트림의 비트 전송률을 실시간으로 동적으로 조정하여 다양한 채널 대역폭에 적응할 수 있습니다.