RZ/G3E 芯片：功能、特性與設(shè)計(jì)要點(diǎn)深度解析

在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代，芯片作為電子設(shè)備的核心，其性能和功能直接影響著產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。RZ/G3E 芯片以其卓越的性能和豐富的功能，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中展現(xiàn)出巨大的潛力。本文將對(duì) RZ/G3E 芯片進(jìn)行全面深入的剖析，為電子工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中提供有價(jià)值的參考。

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一、芯片概述

RZ/G3E 芯片集成了多種強(qiáng)大的功能模塊，為各類(lèi)應(yīng)用提供了全面的解決方案。其主要特性包括：

1. 強(qiáng)大的 CPU 組合：配備了四核 64 位 Arm? Cortex? - A55 處理器，最高主頻可達(dá) 1.8 GHz，適用于復(fù)雜的應(yīng)用處理；同時(shí)還有 32 位 Arm? Cortex? - M33 處理器，主頻最高 200 MHz，負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理。這種組合使得芯片在處理不同任務(wù)時(shí)能夠高效協(xié)作，發(fā)揮出最佳性能。
2. 豐富的接口支持：具備多種接口，如 MIPI CSI - 2（1 通道，可選擇 1、2 或 4 lanes）用于相機(jī)數(shù)據(jù)傳輸，MIPI DSI（1 通道，可選擇 1、2 或 4 lanes）、Parallel interface（1 通道）、LVDS（2 通道）等用于顯示接口，滿(mǎn)足了不同顯示設(shè)備的連接需求。此外，還支持多種通信、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)接口，如 Ethernet（2 通道）、USB2.0（1 通道 Host/Function，1 通道 Host - only）、USB3.2 Gen2（1 通道 Host - only）、PCIE Gen3（1 通道，2 lanes）等，方便與各種外部設(shè)備進(jìn)行通信。
3. 可選的 NPU 模塊：提供了 Arm? Ethos - U55（1 GHz）的 NPU 模塊（可選），能夠?qū)崿F(xiàn)高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理，為人工智能應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。
4. 視頻和圖形處理能力：集成了 H.264/H.265 視頻編解碼單元（VCD）、3D 圖形引擎 Arm? Mali - G52、圖像縮放單元（VSP）和幀數(shù)據(jù)處理器（FDP），能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的視頻和圖形處理。

二、詳細(xì)規(guī)格

2.1 CPU 規(guī)格

• Cortex - A55：四核設(shè)計(jì)，主頻可達(dá) 1.8 GHz（0.9 V）或 1.1 GHz（0.8 V）。每個(gè)核心配備 32 Kbytes 的 L1 I - cache（帶奇偶校驗(yàn)）和 32 Kbytes 的 D - cache（帶 ECC），L2 緩存為 0 Kbyte，L3 緩存為 1 Mbyte（帶 ECC）。支持 MMU、Neon? 和 FPU，具備加密擴(kuò)展功能，采用 Armv8 - A 架構(gòu)。
• Cortex - M33：主頻 200 MHz，支持 FPU、DSP 擴(kuò)展和安全擴(kuò)展，采用 Armv8 - M 架構(gòu)。同時(shí)，支持 Arm? CoreSight? 架構(gòu)，具備 JTAG 和 SWD 接口，總共有 60 Kbytes 用于程序流跟蹤，并且支持 JTAG 禁用選項(xiàng)。

2.2 啟動(dòng)模式

可從 Arm Cortex - A55 或 Arm Cortex - M33 中選擇啟動(dòng) CPU。CA55 有多種啟動(dòng)模式可供選擇，如從 eSD、eMMC（3.3 V 或 1.8 V）、串行閃存（xSPI 總線(xiàn)）、SCIF 下載、USB 下載等；CM33 也有部分啟動(dòng)模式，如從串行閃存（xSPI 總線(xiàn)）、SCIF 下載等。

2.3 NPU 規(guī)格

可選的 Arm Ethos - U55 NPU，主頻 1.0 GHz，具有 256 MAC 和 0.5 TOPS 的計(jì)算能力，能夠高效處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)。

2.4 圖形單元規(guī)格

3D 圖形引擎 Arm Mali - G52，主頻 630 MHz，配備 64 Kbytes 的 L2 緩存，支持 Vulkan 1.2、OpenGL ES? 1.1、2.0 和 3.2 以及 OpenCL 2.0 全輪廓，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的圖形渲染。

2.5 視頻處理單元規(guī)格

• 視頻編解碼單元（VCD）：支持 H.264/H.265 視頻編解碼，H.264 最高支持 1920 × 1080 × 60 fps，H.265 最高支持 3840 × 2160p × 30 fps。支持 I - /P - slice 編碼和 I - /P - /B - slice 解碼。
• 幀數(shù)據(jù)處理器（FDP）：1 通道 Tile - Linear 轉(zhuǎn)換，輸出性能可達(dá) 500 Mpix/s，支持多種圖像格式，輸入和輸出圖像尺寸最大可達(dá) 3840 × 2160，不支持隔行格式。
• 視頻信號(hào)處理器（VSP）：具備縮放功能，支持各種數(shù)據(jù)格式和轉(zhuǎn)換，如顏色空間轉(zhuǎn)換、顏色鍵控、像素 alpha 和全局 alpha 組合、預(yù)乘 alpha 生成等，還支持圖像旋轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)和圖像質(zhì)量/顏色校正。

2.6 內(nèi)存接口規(guī)格

• 片上 SRAM：共享 512 - Kbyte 的片上 SRAM，帶 ECC 功能。
• 外部 DDR 內(nèi)存接口：1 通道內(nèi)存控制器，支持 LPDDR4 - 3200 或 LPDDR4X - 3200，總線(xiàn)寬度為 32 位，支持單 rank 和雙 rank 內(nèi)存，最大支持 8 GBytes（15 mm PKG 雙 rank）。
• xSPI 接口：1 通道，支持 xSPI 協(xié)議，有多種協(xié)議模式和數(shù)據(jù)傳輸方式，支持 XiP 模式，最大支持 256 - Mbyte 地址空間。
• SDHI 接口：支持 eMMC/SD（1 - 、4 - 、8 - bit 總線(xiàn)寬度）。

2.7 CPU 外設(shè)規(guī)格

• 時(shí)鐘脈沖發(fā)生器（CPG）：能夠從外部時(shí)鐘或外部諧振器（24 MHz）生成時(shí)鐘，支持多種時(shí)鐘頻率，如 Arm Cortex - A55 最高 1.8 GHz、Cortex - M33 最高 200 MHz 等，還支持 SSC（Spread Spectrum Clock）。
• 直接內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)控制器（DMAC）：80 通道，支持多種傳輸模式，如單傳輸模式、塊傳輸模式和 LINK 模式，傳輸大小可選擇 1、2、4、8、16、32、64 或 128 字節(jié)，可通過(guò)軟件觸發(fā)、外部 DMA 請(qǐng)求（DREQ）和外設(shè)中斷請(qǐng)求進(jìn)行傳輸。
• 中斷控制器：Arm CoreLink? 通用中斷控制器（GIC - 600）用于 Arm Cortex - A55（32 優(yōu)先級(jí)級(jí)別），嵌套向量中斷控制器（NVIC）用于 Arm Cortex - M33，支持外部中斷和片上外設(shè)中斷。
• 事件鏈接控制器（ELC）：最多可將 455 個(gè)事件信號(hào)與模塊操作進(jìn)行鏈接，可通過(guò)輸入事件信號(hào)啟動(dòng)定時(shí)器模塊的操作。
• 錯(cuò)誤控制器：能夠捕獲和合并 CPU 和外設(shè)的錯(cuò)誤事件，并分別為 Arm Cortex - A55 和 Arm Cortex - M33 生成中斷，可通過(guò)錯(cuò)誤事件生成系統(tǒng)復(fù)位。
• 消息處理單元（MHU）：實(shí)現(xiàn) Arm Cortex - A55 和 Arm Cortex - M33 之間的消息處理功能，通過(guò)斷言中斷通知消息和響應(yīng)。
• 通用 I/O（GPIO）：141 個(gè)通用 I/O 端口。

2.8 相機(jī)接口規(guī)格

MIPI CSI - 2 接口，支持 1、2 或 4 lanes，最大帶寬為 2.1 Gbps 每 lane，支持多種輸入數(shù)據(jù)格式，如 YUV422 8 位或 10 位、RGB444、RGB555、RGB565、RGB666、RGB888、RAW6 - RAW20 等，還支持通用長(zhǎng)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)類(lèi)型和用戶(hù)定義的 8 位數(shù)據(jù)類(lèi)型。

2.9 顯示接口規(guī)格

可從 MIPI DSI（1/2/4 - Lane）接口、1 個(gè)并行接口和 2 個(gè) LVDS 接口中選擇 2 個(gè)顯示接口。支持多種分辨率和幀率，如 MIPI DSI 支持 1920x1200，60 fps（RGB888），并行接口支持 WXGA（1280x800），60 fps，LVDS 接口支持多種分辨率，如 RGB888 640x480（VGA）、RGB888 800x480（QVGA）、RGB888 1366x768 60 Hz（WXGA）等。

2.10 存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)格

• USB3.2 Host：1 通道，符合 USB3.2 Gen2 標(biāo)準(zhǔn)，最大速率為 10 Gbps。
• USB2.0 Host/Function：2 通道（1 通道 Host/Function，1 通道 Host - only），符合 USB2.0 標(biāo)準(zhǔn)，支持 On - The - Go（OTG）功能，支持多種傳輸類(lèi)型。
• PCI Express 3.0：1 通道，可選擇 PCle Gen3 Root complex 或 Endpoint，2 lanes。
• 千兆以太網(wǎng)接口（GBETH）：2 通道，符合 IEEE802.3、IEEE802.1Qav、IEEE802.1Qat、IEEE802.1AS 和 IEEE1588 - 2008 標(biāo)準(zhǔn)，支持 10BASE、100BASE、1000BASE，支持全雙工和半雙工，支持 RGMI/MII 接口。
• CANFD 接口（RS - CANFD）：6 通道，符合 CAN - FD ISO 11898 - 1（2015）標(biāo)準(zhǔn)，支持最高 8 MHz 的有效載荷傳輸，每個(gè)通道有 64 個(gè)發(fā)送消息緩沖區(qū)和 256 個(gè)共享的 RXMB 和 FIFO 緩沖區(qū)。

2.11 外設(shè)模塊規(guī)格

• I3C 總線(xiàn)接口：1 通道，支持 1.2 V 和 1.8 V，可選擇主模式或從模式，支持多主模式，符合 MIPI I3C v1.0 和 I3C Basic v1.0 標(biāo)準(zhǔn)，但不支持部分功能，如橋接設(shè)備和異步定時(shí)控制 async 模式 2&3，支持 DMAC 和事件鏈接。
• Renesas 串行通信接口（RSCI）：10 通道，支持 6 種通信模式，如異步接口、8 位時(shí)鐘同步接口、簡(jiǎn)單 IIC（主模式）、簡(jiǎn)單 SPI、智能卡接口、簡(jiǎn)單 LIN（擴(kuò)展 SCIX 模式）等，具備 32 級(jí) FIFO 寄存器，支持 DMAC 和事件鏈接，支持 CRC 計(jì)算。
• Renesas 串行外設(shè)接口（RSPI）：3 通道，支持 SPI 傳輸，可作為主設(shè)備或從設(shè)備進(jìn)行串行傳輸，支持多種數(shù)據(jù)格式和傳輸位數(shù)，具備 32 位 x 16 級(jí)緩沖區(qū)用于傳輸和接收，支持 DMAC 和事件鏈接，支持 CRC 計(jì)算。
• CRC 計(jì)算器：1 通道，可生成 8 - 、16 - 或 32 - 位單位的 CRC 代碼，可選擇四種生成多項(xiàng)式。
• 串行通信接口（SCIF）：1 通道，支持異步模式，具備專(zhuān)用的波特率發(fā)生器，支持全雙工通信，有獨(dú)立的 16 字節(jié) FIFO 寄存器用于傳輸和接收。

2.12 定時(shí)器規(guī)格

• 通用 PWM 定時(shí)器（GPT）：32 位 x 16 通道，支持計(jì)數(shù)向上或向下、三角波計(jì)數(shù)等多種計(jì)數(shù)模式，可生成 PWM 波形，支持死區(qū)時(shí)間生成、三相 PWM 波形生成等功能，支持事件鏈接和相位計(jì)數(shù)模式。
• 比較匹配定時(shí)器 W（CMTW）：32 位 x 8 通道，支持比較匹配、輸入捕獲和輸出比較功能，可輸出中斷請(qǐng)求。
• 通用定時(shí)器（GTM）：32 位 x 8 通道，有間隔定時(shí)器模式和自由運(yùn)行比較模式。
• 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）：支持 2000 年至 2099 年的 100 年日歷，采用 BCD 代碼顯示，時(shí)鐘源為專(zhuān)用的 RTC 振蕩器（32.768 kHz），具備自動(dòng)閏年調(diào)整功能和鬧鐘功能。

2.13 音頻接口規(guī)格

• 采樣率轉(zhuǎn)換器單元（SCU）：10 通道，最大采樣率為 192 kHz，支持異步采樣率轉(zhuǎn)換，支持最高 24 位分辨率，有高音質(zhì)和普通音質(zhì)兩種類(lèi)型，可自動(dòng)生成抗混疊濾波器系數(shù)。
• 音頻時(shí)鐘發(fā)生器單元（ADG）：為 SSIU、SCU 和 SPDIF 模塊提供時(shí)鐘信號(hào)。
• 直接訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存控制器（ADMAC）：29 通道，用于音頻模塊（SSIU、SCU）之間的數(shù)據(jù)傳輸。
• 串行聲音接口單元（SSIU）：10 通道用于半雙工通信，5 通道用于全雙工通信，支持 I2S、單聲道和 TDM 音頻格式，支持主模式和從模式，支持多種數(shù)據(jù)格式和 WS 信號(hào)連續(xù)功能，支持 ADMAC。
• SPDIF 接口：3 通道，支持 IEC60958 標(biāo)準(zhǔn)（僅立體聲和消費(fèi)模式），采樣率為 32 kHz、44.1 kHz 和 48 kHz，音頻字大小為 16 至 24 位每樣本，采用雙緩沖數(shù)據(jù)和奇偶編碼串行數(shù)據(jù)，支持 DMAC。
• 脈沖密度調(diào)制（PDM）：6 通道，輸入方向，采樣率可選擇 8、10、12、15、16、20、24、25、30、40 或 48 kHz，可過(guò)濾 1 位數(shù)字輸入數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為 20 位或 16 位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，支持立體聲麥克風(fēng)采樣，支持聲音活動(dòng)檢測(cè)器喚醒 CPU，支持 DMAC。

2.14 模擬接口規(guī)格

• A/D 轉(zhuǎn)換器（ADC）：8 通道，分辨率為 12 位，輸入范圍為 0 V 至 1.8 V，轉(zhuǎn)換速率可選擇 2.5 Msps、2.0 Msps、1.0 Msps、0.5 Msps、0.25 Msps，支持多種操作模式，如單掃描、連續(xù)掃描、組掃描，可通過(guò)軟件觸發(fā)、異步觸發(fā)（外部 ADTRG 觸發(fā)）和同步觸發(fā)（ELC 和 GPT 定時(shí)器）啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，具備多種中斷源。
• 溫度傳感器單元（TSU）：包含 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，分辨率為 0.0625°C/code，范圍為 - 40°C 至 125°C，精度為 ±5°C，轉(zhuǎn)換速率為 14.9 ksps，支持單掃描模式，可通過(guò)軟件觸發(fā)和同步觸發(fā)（ELC）啟動(dòng)測(cè)量，具備轉(zhuǎn)換結(jié)束和窗口比較匹配等中斷源。

2.15 安全規(guī)格

安全 IP（RSIP）支持多種安全算法，如對(duì)稱(chēng)密鑰加密（AES）、非對(duì)稱(chēng)密鑰加密（RSA、ECC），還具備真隨機(jī)數(shù)生成器（TRNG）和哈希值生成（SHA - 1、SHA - 2、SHA - 3）功能，支持唯一 ID。

2.16 其他規(guī)格

支持基于 IEEE 1149.1 的邊界掃描，但部分模塊引腳不可用于邊界掃描。

三、電氣特性

3.1 絕對(duì)最大額定值

芯片對(duì)各個(gè)電源引腳的電壓有明確的絕對(duì)最大額定值限制，如 CA55 的 VDD09CA55 電壓范圍為 - 0.4 V 至 1.2 V，USB3 Ch0 的 USB30_USVPH 電壓范圍為 - 0.4 V 至 2.5 V 等。超過(guò)這些額定值可能會(huì)對(duì)芯片造成永久性損壞。

3.2 推薦工作范圍

不同電源引腳有推薦的工作電壓范圍，如 CA55 的 VDD09_CA55 在 0.9 V 時(shí)（OD 模式）推薦范圍為 0.86 V 至 0.94 V，在 0.8 V 時(shí)（ND 模式）推薦范圍為 0.76 V 至 0.84 V 等。

3.3 電源開(kāi)/關(guān)序列

芯片的電源開(kāi)/關(guān)序列對(duì)于其正常工作至關(guān)重要。CM33 和 CA55 啟動(dòng)模式下的電源開(kāi)/關(guān)序列有詳細(xì)的規(guī)定，包括各個(gè)電源引腳的上電和下電時(shí)間順序、最小和最大時(shí)間要求等。例如，在 CM33 啟動(dòng)模式下，VDD08_OTHERS、USB30_USVPTX、USB2_USDVDD 等電源引腳有最小 10 μs 的要求，DDR0_VDDQ、DDR0_VDDQLP 等有不同的最小時(shí)間要求。

3.4 DC 特性

• 最大供應(yīng)電流：在不同的