Микросхема «Дружба» от компании «Текон»

10.12.2019 Современная индустрия неуклонно движется к четвертой промышленной революции. Массовое внедрение киберфизических систем в производство требует разработки новых решений в области автоматизации систем управления и разработки новых более умных промышленных контроллеров. Эти нововведения касаются как изменения структуры контроллеров, так и появления новой элементной базы. Компания Текон – ведущий российский производитель контроллеров АСУ ТП в этом году представила новую микросхему «Дружба» для применения в платах УСО контроллеров. 

Микросхема представляет собой 32-разрядный микроконтроллер с ядром на основе архитектуры RISCV. Разработка микросхемы полностью выполнена специалистами компании «Текон». Использование ядра с открытой архитектурой, разработанного в России позволяет использовать «Дружбу» в ответственных применениях, где критически важна надежность и отсутствие «закладок». Внутренняя структура микросхемы представлена ниже.

При создании микросхемы разработчики большое внимание уделили снижению времени отклика микросхемы. Для этого предприняты следующие меры. Во-первых, вся Система на Кристалле работает на одной частоте 250МГц, что позволило не терять время на пересинхронизации в разных тактовых доменах. Во-вторых, для хранения команд и часто используемых данных используется память быстрого доступа (TCM),размером 128KB время обращения к которой составляет один такт. В то же время для хранения буферов периферийных устройств и дескрипторов есть накристальная память SRAM объемом 1МБ, достаточная для большинства применений. Память разбита на 4 банка, что позволило обеспечить неблокирующий доступ от разных устройств к разным банкам. В-третьих, обеспечен быстрый доступ к регистрам периферийных устройств, который составляет 2 такта.Наличие большого набора периферийных интерфейсов позволяет использовать микросхему для построения широкого спектра модулей УСО, например УСО, предназначенные для цифрового ввода данных, цифрового вывода, УСО для работы с аналоговыми данными(при использовании внешних ЦАП/АЦП). 

Большинство выводов микросхемы могут быть использованы в качестве выводов общего назначения(80 выводов GPIO), что позволяет гибко конфигурировать микросхему под конкретную задачу и задействовать выводы неиспользуемых интерфейсов. Большое внимание в микросхеме уделено надежности: предусмотрено аппаратное тестирование всех разделов памяти (MBIST) при старте системы, использованы дублированные внешние интерфейсы для передачи данных процессорному модулю, защита от непредвиденных сбоев ПО осуществляется с помощью внутреннего WDT. 

Микросхема выполнена в корпусе FCBGA-256 с шагом выводов 1мм. Специальный рисунок расположения и большой шаг выводов позволяет использовать ее на платах низкого класса точности, что является несомненным преимуществом и положительным образом влияет на стоимость плат.

«Дружба» содержит в своем составе загрузочную Flashпамять объемом 16Мбит, предназначенную для хранения загрузочного образа. 

Температурный диапазон использования микросхемы  -40..+85С.

В настоящее время компания «Текон» внедряет серийные образцы микросхем «Дружба» в свои промышленные контроллеры.

Основные характеристики микросхемы «Дружба»:

• 32-х разрядное вычислительное ядро (CPU), работающее на частоте 250МГц:
   - система команд RISC-V;
   - производительность 2.3 DMIPS/MHz, 0.7 WMIPS/MHz;
   - поддержка двух уровней привилегий исполнения инструкций;
   - память быстрого доступа (TCM) размером 128 Кбайт (инструкции и данные);
   - аппаратный блок умножения и деления с фиксированной точкой;
   - аппаратный блок арифметики с плавающей точкой (FPU), совместимый со стандартом IEEE 754-2008 (одинарной и двойной точности).
• Накристальная статическая память SRAM 1 Мбайт (4 банка по 256 Кбайт)
• Интерфейсы ввода/вывода (не мультиплексируемые):
   - асинхронный интерфейс начальной загрузки (UART Boot);
   - синхронный интерфейс начальной загрузки (SPI Boot)
• Интерфейсы ввода/вывода (мультиплексируемые):
   - 2 интерфейсаEthernet (IEEE Std 802.3): MII 10/100 Мбит/с и RGMII 10/100/1000 Мбит/с;
   - 2 интерфейса CAN с поддержкой версии протокола 2.0B;
   - 2 интерфейса CAN FD, скорость до 1 Мбит/c;
   - интерфейс I2C с поддержкой высокоскоростной передачи (highspeedmaster);
   - 4 интерфейса асинхронной передачи данных (UART);
   - 4 интерфейса синхронной передачи данных (SPI);
   - 4-х специализированных последовательных интерфейсов (TSI);
   - поддержка протокола TMB5000 в режиме ведомого; в
   - до 80 выводов общего назначения (GPIO).
   - Блок таймеров общего назначения (GPT) с 4 независимыми каналами.
• Сторожевой таймер (WDT).
• Интерфейс JTAG (IEEE 1149.1).
• Технология 28нм.
• Напряжение питания ядра: 0.9 В.Напряжение питания периферии: 1.8 и 3.3 В.
• Потребляемая мощность: до 0.5 Вт.
• Рабочий диапазон температур: от -40 до +125C.
• Корпус FCBGA -256 с шагом выводов: 1 мм.