极智开发 | PaddlePi-K210 硬件架构

Posted 2022-08-10 极智视界

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  大家好，我是极智视界，本文介绍一下 PaddlePi-K210 硬件架构。

  PaddlePi-K210 是为 PaddlePaddle 平台定制开发的终端运算模块，外型紧凑小巧，性能优越，可用于 AI 核心运算处理单元。这里介绍 PaddlePi-K210 硬件架构。

文章目录

• • 1. 片上系统架构
  • 2. 部分接口详解
  • • 2.1 UART 通信接口
    • 2.2 SPI 通信接口
    • 2.3 I2C 通信
    • 2.4 JTAG 调试接口
    • 2.5 USB 接口
  • 3 各个模块介绍
  • • 3.1 POWER 模块
    • 3.2 TF 卡接口模块
    • 3.3 WIFI 模块
    • 3.4 DVP 相机模块

1. 片上系统架构

  来看 K210 的片上系统架构，上图：

  其中各模块的功能如下：

功能分类	片上系统	对应功能	是否有引脚
运算单元	FPU	CPU 主控芯片	x
-	KPU	AI加速芯片	x
-	APU	音频处理器	x
-	FFT	快速傅里叶变换加速模块	x
通信接口	UART	包含 uart0~3 总共 4 个 uart 接口	y
-	SPI	0、1、3 为 master，2 为 slave	y
-	I2S	音频数据接入	y
-	I2C	两线式穿行总线	y
-	JTAG	嵌入式调试技术	y
特殊接口	DVP	摄像头接口 ( 8 位并口)	y
-	FPIOA	现场可编程 IO 阵列, 用于将芯片内部功能映射到 48 物理 IO	y
-	GPIO	通用 IO	y
功能模块	RTC	计时模块	x
-	AES	高级加密解密加速器	x
-	SHA256	哈希计算模块	x
-	Timer	定时器，可中断	x
-	PWM	PWM 定时器模块，可被 Timer 配置	x
-	WDT	看门狗定时器	x
-	SRAM	8M片上内存	x

注：以上有部分的带有引脚的模块，其引脚可能是通过 FPIOA 进行配置的，从而进行引出的。

2. 部分接口详解

2.1 UART 通信接口

  一种全双工双向传输的通用串行数据总线，用于异步通信。具体有三种通讯协议：RS232、RS485、RS422，不同协议引脚不同。

  以下是简化的 通讯模型：

  该模型只需要两条通信电路和共地，也就是最少三条线，就可以实现相互的通讯。

2.2 SPI 通信接口

  一种全双工双向传输的通用串行数据总线，同步通信，时钟信号由 Master 生成，也就是主设备。SPI 中只有一个主设备 Master 以及 多个从设备 Slave。

  以下是简化的通讯模型：

• MOSI: 信号线，主机输出，从机输入；
• MISO: 信号线，主机输入，从机输出；
• SCLK: 时钟信号线，主机输出，从机输入；
• SS/CS: 片选信号；

  当含有多个片选信号的时候，可以采用以下的通讯模型：

  当只有一个片选信号的时候，可以采用以下的通讯模型：

2.3 I2C 通信

  两线式串行总线，半双工，同步通信。只需要两个总线：一条是双向的串行数据线 SDA，一条是串行时钟线SCL。也是分为了 主机 和 从机 的通信模式。

2.4 JTAG 调试接口

  对于 K210，其支持 JTAG 硬件调试功能。而对于 PaddlePi-K210，其配套的 PaddlePi-K210-Debugger 调试器通过一头通过 USB 连接主机，一头使用 JTAG 连接 PaddlePi-K210，实现了 USB2JTAG 的功能，该调试器的具体原理图可见相关资料。另外，在 PaddlePi-K210 中，JTAG 的连接线最终体现在了 BANK0 的 IO_0、IO_1、IO_2、IO_3 这几个接口上。

  其具体的接口说明如下：

仿真器接口A	目标板接口B	信号描述
5V supply	VCC	电源正极A->B
TDI	TDI	数据输入A->B
TMS	TMS	模式选择A->B
TCK	TCK	时钟信号A->B
TDO	TDO	数据输出A<-B
GND	GND	电源负极A–B

2.5 USB 接口

  PaddlePi-K210 不包含 USB 接口，本意是想要安装一个 TYPE-C 接口，可能需要专门去了解以下 USB 接口的通讯协议。很有可能需要进行通讯协议的转换 USB2UART，使用 CP2102-GMR 转换模块实现。

3 各个模块介绍

3.1 POWER 模块

  实现了 5V 的 VIN 电压到 0.9V 和 1.8V 和 3.3V 的电压转换，主要是通过 RY1303 这个 DC-DC 转换器实现。输出的三个不同电压值，后续会接入到 K210 的 POWER 相关引脚上。

  实际的原理图如下：

  简化的功能图如下：

3.2 TF 卡接口模块

  该处改用了 TF卡 的 SPI 操作模式进行接口连接，最终跟 WIFI 的 SPI 接口，分别作为 SPI 的 slave 从机，而 K210 作为 SPI 的 master 主机，同时 master 通过 TF_CS 片选线联通 TF 卡，之后继续相应的通信。

  实际的原理图如下：

  简化的功能图如下：

3.3 WIFI 模块

  W600 是一个 IOT-WIFI 芯片，是一个完整的单片机。这里作为专门的 WIFI 收发处理器，用来实现 WIFI 功能。 作为 SPI 中的 slave 从机跟 K210 进行通信。

  实际的原理图如下：

  简化的功能图如下：

3.4 DVP 相机模块

  使用了 DVP 这种传统的 Sensor 传感器接口，用于并行数据传输。实际的原理图如下所示，其中两个SGM2036 是 DC-DC 转换器，用于产生对 DVP 摄像头专门的供电电压：

  简化的功能图如下所示：

其中 Sensor 是相机传感器模块，ISP 是 主机模块:

• VSYNC: vertical synchronization，帧同步信号 (DVP_VSYNC)；
• HSYNC: horizonal synchronization，行同步信号；
• PCLK: pixel clock ,像素时钟，每个时钟对应一个像素数据 (DVP_PCLK)；
• DATA: 像素数据，视频数据，具体位宽要看 ISP 是否支持 (DVP_D0-D7)；
• XCLK: 或者 MCLK，ISP 芯片输出给驱动 sensor 的时钟 (DVP_XCLK)；
• SCL、SDA: IIC 用来读写 sensor 的寄存器，配置 sensor；

  好了，以上分享了 PaddlePi-K210 硬件架构。希望我的分享能对你的学习有一点帮助。

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