پردازنده Allwinner T113-S3 (Dual‑Core A7 + HiFi4 DSP)

معرفی پردازنده Allwinner T113-S3 SoC

در سیستم‌های تعبیه‌شده پیشرفته، میکروکنترلرهای معمولی توان اجرای هم‌زمان نمایشگر گرافیکی، صوت، پردازش تصویر و شبکه را ندارند. در چنین شرایطی، طراحان به سراغ پردازنده‌های کاربردی یا تراشه‌های SoC می‌روند.

پردازنده Allwinner T113-S3 SoC دقیقاً برای پاسخ به این نیازها طراحی شده است. این تراشه با ترکیب توان پردازشی بالا و مصرف بهینه، فاصله میان میکروکنترلرها و بردهای لینوکسی پیچیده را پر می‌کند.

این پردازنده از دو هسته Cortex-A7 برای اجرای سیستم‌عامل و نرم‌افزار بهره می‌برد. واحد مجزای HiFi4 DSP نیز محاسبات صوتی و الگوریتم‌های بلادرنگ را انجام می‌دهد. علاوه بر این، موتور ویدیویی سخت‌افزاری امکان Decode فرمت‌های H.264 و H.265 را تا کیفیت 1080p@60fps فراهم می‌سازد.

تفاوت بزرگ این قطعه در رم داخلی آن است. در این پکیج، ۱۲۸ مگابایت حافظه DDR3 به‌صورت SiP مجتمع شده است؛ بنابراین نیاز به رم خارجی و مسیرکشی دشوار PCB کاملاً برطرف می‌شود.

این قطعه چه کاری انجام می‌دهد؟

پردازنده Allwinner T113-S3 SoC نقش مغز متفکر را در سیستم‌های صنعتی بر عهده می‌گیرد. این قطعه سیستم‌عامل دستگاه را راه‌اندازی کرده و هم‌زمان نمایشگر، شبکه، USB، گذرگاه CAN و بخش‌های صوتی را مدیریت می‌کند.

برای مثال در یک پنل HMI، این تراشه صفحه گرافیکی لمسی را درایو می‌کند. در همان حال اطلاعات سنسورها را از طریق پورت CAN دریافت کرده و داده‌ها را با پورت Ethernet ارسال می‌نماید. تجمیع این کنترلرها درون یک تراشه، نیاز به آی‌سی‌های مجزا را کاملاً حذف می‌کند.

نحوه راه‌اندازی

بخش تغذیه مهم‌ترین فاز راه‌اندازی پردازنده Allwinner T113-S3 SoC است. این تراشه دارای چند ریل تغذیه با ولتاژهای 0.9V برای هسته، 1.8V و 3.3V برای پایه‌ها است.

ترتیب بالا آمدن این ریل‌ها (Power Sequence) باید دقیقاً مطابق دیتاشیت اجرا شود. تغذیه VCC-IO باید پیش از ریل‌های VDD-SYS و VDD-CORE پایدار شود. همچنین پین RESET باید تا پایدار شدن کامل تغذیه‌ها در وضعیت فعال بماند.

برای کلاک اصلی سیستم از کریستال 24MHz و برای کلاک RTC از کریستال 32.768kHz استفاده می‌شود. سپس باید حافظه بوت مناسب مانند کارت SD، چیپ eMMC یا Flash متناسب با برد انتخاب شود. این تراشه از سه کنترلر SD/MMC با استانداردهای SD3.0 و eMMC5.0 پشتیبانی می‌کند.

پس از بخش سخت‌افزار، لایه‌های Bootloader، Device Tree و هسته سیستم‌عامل باید با پین‌های برد هماهنگ شوند. سیستم‌عامل رسمی ارائه‌شده توسط Allwinner برای این تراشه Tina Linux است، هرچند پروژه‌های متن‌باز Mainline Linux نیز از آن پشتیبانی کامل دارند.

کاربرد ها

• پنل‌های لمسی HMI: طراحی نمایشگرهای صنعتی با رابط کاربری گرافیکی روان. نمایشگرهای هوشمند: راه‌اندازی مستقیم پنل‌های تصویری RGB، LVDS و MIPI-DSI. اتوماسیون و کنترل صنعتی: تبادل داده از طریق دو کنترلر مستقل CAN، پورت‌های UART، SPI و I2C. پنل‌های خانه هوشمند: ترکیب مدیریت لمسی، شبکه اینترنت و کنترل تجهیزات خانگی. تجهیزات خودرویی و تلمتیکس: به‌کارگیری در داشبوردها و رهیاب‌های هوشمند. گیت‌وی‌ها و PLCهای سبک: پردازش ارتباطات شبکه به لطف پورت شبکه گیگابیتی داخلی. سیستم‌های صوتی Embedded: مجهز بودن به Codec صوتی داخلی و رابط‌های I2S و S/PDIF. تجهیزات مجهز به دوربین: پردازش تصویر از طریق ورودی‌های سنسور دوربین (CSI و CVBS).

مزایا

• حافظه 128MB DDR3 داخل پکیج: نیاز به DDR خارجی و مسیرکشی پیچیده آن را در بسیاری از طراحی‌ها حذف می‌کند.
• دو هسته Cortex-A7:** مناسب اجرای سیستم‌عامل و نرم‌افزارهای Embedded پیشرفته‌تر.
• HiFi4 DSP داخلی: امکان استفاده از پردازنده تخصصی DSP در کنار CPU اصلی.
• Video Engine سخت‌افزاری: Decode ویدئو تا 1080p@60fps.
• رابط‌های متنوع نمایشگر: RGB، LVDS، MIPI-DSI و CVBS.
• رابط‌های صنعتی متعدد: دو CAN، چند UART، SPI، TWI و PWM.
• USB و Ethernet داخلی: مناسب سیستم‌های Networked Embedded.
• Audio Codec داخلی: شامل DAC، ADC و رابط‌های صوتی آنالوگ.
• پکیج eLQFP: نسبت به بسیاری از BGAهای Application Processor، مونتاژ و بازرسی آن برای برخی خطوط تولید ساده‌تر است.

سوالات متداول

جمع‌بندی

T113-S3 بیشتر برای محصولاتی جذاب است که بین یک MCU معمولی و Application Processorهای پیچیده‌تر قرار می‌گیرند. وجود CPU دو هسته‌ای Cortex-A7، DSP، Video Engine و مجموعه بزرگی از رابط‌های صنعتی و Multimedia امکان طراحی یک کنترلر مرکزی نسبتاً کامل را با یک SoC فراهم می‌کند.

نقطه متمایز این نسخه، 128MB DDR3 داخلی است که می‌تواند پیچیدگی PCB را کاهش دهد، اما همین ظرفیت باید با نیاز واقعی نرم‌افزار تطبیق داده شود. در طراحی حرفه‌ای نیز موفقیت سیستم فقط به انتخاب SoC بستگی ندارد و بخش تغذیه، Power Sequence، Layout رابط‌های پرسرعت و پشتیبانی نرم‌افزاری باید از ابتدای پروژه در کنار هم طراحی شوند

در سیستم‌های Embedded پیشرفته، میکروکنترلرهای معمولی توان کافی برای اجرای هم‌زمان رابط گرافیکی، پردازش تصویر، صوت و شبکه را ندارند. در چنین شرایطی استفاده از یک Application Processor یا تراشه همه‌کاره الزامی است. پردازنده Allwinner T113-S3 دقیقاً برای پاسخ به همین نیازها طراحی شده است.

معماری و قدرت پردازش

این پردازنده از دو هسته قدرتمند Cortex-A7 برای اجرای سیستم‌عامل و لایه نرم‌افزار بهره می‌برد. علاوه بر این، یک واحد HiFi4 DSP برای پردازش‌های صوتی و الگوریتم‌های محاسباتی سنگین در تراشه تعبیه شده است. موتور سخت‌افزاری Video Engine نیز دیکود روان فرمت‌های H.264 و H.265 را با کیفیت 1080p@60fps ممکن می‌سازد.

رم داخلی (SiP) و سهولت در طراحی PCB

مهم‌ترین ویژگی Allwinner T113-S3، استفاده از معماری System-in-Package است. این تراشه ۱۲۸ مگابایت حافظه DDR3 با فرکانس کاری تا ۸۰۰ مگاهرتز را مستقیماً درون پکیج خود جای داده است. مزایای این ساختار عبارتند از:

کاهش محسوس تعداد قطعات جانبی روی مدار

حذف پیچیدگی‌های حساس مسیرکشی (Routing) رم پرسرعت

امکان طراحی بردهای چندلایه ساده‌تر و کاهش هزینه‌های مونتاژ