Процессор Plus1 (SP7021)

Введение

На рынке много встраиваемых процессоров для Linux, но лишь немногие создавались специально для IoT и промышленной автоматики. Большинство процессоров популярных плат, таких как Raspberry Pi, изначально предназначались для другого (например, для телевизионных приставок) и были лишь перепрофилированы под нужды сообщества IoT и промышленной автоматики.

Вычислительной мощности таким процессорам обычно хватает, а вот возможностей ввода-вывода не хватает, что неудивительно: у телевизионных приставок потребности в вводе-выводе совсем иные, чем у устройств IoT или промышленной автоматики. Кроме того, эти процессоры довольно сложны, для работы им нужно множество дополнительных компонентов, выпускаются они только в неудобных корпусах BGA и требуют шести- или восьмислойных плат. Всё это серьёзно мешает производителям устройств малых и средних серий.

Возьмём для примера корпус BGA. Всё, что связано с BGA, на порядок сложнее, чем с другими вариантами корпусов, например LQFP. BGA - это граница, за которой работа с микросхемами вручную становится невозможной. Всё, от пайки и демонтажа до проверки качества сборки, требует специального дорогого оборудования. Производители смартфонов принимают трудности BGA как неизбежное следствие желаемой миниатюризации плат, которую эта технология позволяет, но производители устройств IoT и промышленной автоматики смотрят на это иначе. У изделий IoT и промышленной автоматики редко есть жёсткие требования к размеру, и необходимость иметь дело со всё более мелкими корпусами микросхем приносит лишь сложности без видимой выгоды.

Другой пример - логические уровни линий GPIO. По мере того как процессоры переходят на всё более совершенные техпроцессы, снижается и напряжение питания чипов. В результате стандартные библиотеки ввода-вывода для полупроводников перестали поддерживать логические уровни 5V и даже 3.3V. Разработчиков телевизионных приставок и других «закрытых» изделий это не беспокоило, а вот для создателей управляющего оборудования стало плохой новостью.

Итак, между имеющимися предложениями на рынке процессоров и требованиями приложений IoT и промышленной автоматики образовался очевидный разрыв. Осознав неудовлетворённые потребности производителей IoT и промышленной автоматики, Sunplus Technology Co., Ltd. и Tibbo Technology, Inc. в конце 2017 года взялись за разработку чипа класса Linux, который напрямую отвечал бы запросам этих рынков. Идея состояла в том, чтобы создать мощную систему на кристалле (SoC), возможности ввода-вывода и корпус которой рассчитаны именно на приложения IoT и промышленной автоматики, а также на нужды производителей оборудования малых и средних серий. Так родилась концепция Plus1.

Основные характеристики

• Удобный корпус LQFP
• Четырёхъядерный процессор Cortex-A7 с частотой 1GHz, а также ядра A926 и 8051
• Единое питание 3.3V
• Встроенная DRAM DDR3 объёмом 128MB или 512MB
• Восемь 8-битных портов ввода-вывода, допускающих 5V, и один сильноточный порт
• Гибкое мультиплексирование периферии (PinMux)
• Два MAC Ethernet с PinMux
• В конфигурации коммутатора операционной системе виден один адаптер Ethernet
• В двухпортовой конфигурации ОС обнаруживает два независимых адаптера Ethernet
• Четыре расширенных UART с PinMux и один UART консоли
• Промышленный диапазон рабочих температур: -40°C...85°C
• Низкий уровень электромагнитных помех упрощает сертификацию
• Современный дистрибутив Linux на основе Yocto
• Интерфейс флеш-памяти с поддержкой eMMC, SPI NAND и SPI NOR
• Интерфейс SD2.0 с PinMux
• Интерфейс SDIO (SD2.0) с PinMux (предназначен для подключения модуля Wi-Fi/BT)
• Два порта OTG USB2.0 с загрузкой Linux и поддержкой класса USB video
• Четыре буферизованных модуля SPI с PinMux
• Четыре буферизованных модуля I²C с PinMux
• Два четырёхканальных модуля PWM с PinMux
• Четыре таймера/счётчика с PinMux
• Четыре модуля захвата с PinMux
• Интерфейс камер MIPI-CSI для двух камер с разрешением до 1328x864 @ 60 fps
• Видеоинтерфейс MIPI с разрешением до 1366x768 и 1312x816
• Видеоинтерфейс HDMI 1.4 для подключения мониторов с разрешением до 720p
• Контроллер TFT LCD с параллельной шиной (разрешение до 320x240x24)
• Аудиовыход I²S/SPDIF/PWM до пяти каналов
• Интерфейс PDM для восьмиканальной микрофонной матрицы MEMS
• 32-битный интерфейс ввода-вывода шины FPGA (FBIO)
• Датчик температуры для оценки внутренней температуры микросхемы
• Часы реального времени (RTC) с функцией будильника (включение питания системы), отдельным входом резервного питания и схемой зарядки резервной батареи (суперконденсатора)
• 128-байтная память с однократным программированием (OTP): идентификаторы производителя/устройства, два зарегистрированных MAC-адреса и 64 байта для пользовательских данных
• Интерфейсы отладки SWD и JTAG
• Сторожевой таймер
• Безопасная загрузка: образ загрузки проверяется по алгоритму ED25519
• Модуль PKA (RSA), модуль хеширования (SHA3, MD5) и модуль шифрования/дешифрования (AES)