瑞萨科技推出SH7776(SH-Navi3)双核SoC器件(图)

业内首款面向汽车信息终端、内置有图像识别处理功能的双核SoC

 

为新一代汽车信息系统实现了1,920 MIPS的出色性能和单芯片解决方案

 

2009年1月19日，瑞萨科技公司宣布推出SH7776（SH-Navi3）-面向从汽车导航系统演变而来的新一代高性能汽车信息终端、具有片上增强型图形功能和高性能图像识别处理功能的双核片上系统（SoC）器件。SH7776（SH-Navi3）在单个芯片上整合了2个CPU内核，并且实现了1,920M条指令/秒（MIPS）的出色处理性能，这是瑞萨科技公司早期单芯片SoC产品的2倍。将于2009年4月开始在日本发售样品。

 

瑞萨科技公司在面向汽车导航系统的微处理器市场上的份额居全球首位*1，并且SH-Navi系列*2 -用于实现对高性能汽车导航系统至关重要的功能（如3-D图形）的单芯片SoC器件 - 现在已被应用到多种高端产品中。汽车导航系统将演变成“新一代汽车信息中心”，在驾驶的同时，它还在汽车信息控制以保证便利性、安全性和环境研究方面起到重要作用。新型SH7776双核SoC器件在单个芯片上提供了对“新一代汽车信息中心”至关重要的性能和功能。它能够显示逼真的彩色3-D图形来实现多媒体、信息通信以及导航应用；显示2-D/3-D图形来实现图形用户界面（GUI）*3，进而加强用户友好性；并且为车道检测和前车跟踪之类的功能实现图像识别。除此之外，还在芯片上嵌入了可以加强双核架构的系统可靠性的功能。

 

SH7776（SH-Navi3）的特性如下：

 

1.  双核架构，可以实现高达1,920MIPS的出色处理性能

 

SH7776（SH-Navi3）整合了瑞萨科技公司的2个在汽车导航系统之类的应用领域得到认可的SH-4A高性能32位CPU内核，并且在低功耗模式和533MHz的工作频率下提供了高达1,920 MIPS（960 MIPS × 2）的出色处理性能。这大约是瑞萨科技公司第二代汽车导航系统用SoC产品（SH-Navi2）的处理性能的2倍，并且全面支持显示各种图形所需的高速、复杂信息处理功能以及图像识别功能。

 

2. 用于显示更逼真的彩色3-D图像的3-D图形引擎和2-D/3-D图形处理器

3-D图形引擎整合了英国Imagination科技有限公司（IMG）的PowerVR*4 SGX - 高级3-D图形IP。它实现了约为PowerVR MBX（其用于早期的SH-Navi1和SH-Navi2中）2倍的多边形性能。这不但支持导航应用中的3-D渲染，而且还支持多媒体应用，如需要更逼真的彩色3-D渲染的人机接口（HMI）。

SH7776（SH-Navi3）还包含用于详细地图渲染的2-D和3-D图形处理器以及更简便易用的操作屏幕。支持的特性包括2-D渲染功能（如粗线渲染）以及用于加强三维性的3-D渲染功能（如三角3-D渲染）和用于实现更逼真纹理的纹理影射。它们代表地图上的各种3-D物体（如高层建筑），并且实现了详细的高级GUI以及地图、图标和菜单。

 

3. 业内首款面向汽车导航系统、具有片上图像识别处理功能的双核SoC产品

 

SH7776（SH-Navi3）是业内首款双核SoC产品，整合了图像识别处理功能，如驾驶辅助系统的车道检测。瑞萨科技公司已经开始批量生产具有片上图像识别处理功能的SH7774（SH-Navi2）。新型SH7776（SH-Navi3）基于上一代产品之上，能够提供更高的性能，并且通过更高的内部并行化和加倍的总线宽度将处理速度加快了近3.5倍。

它能够同时实时地执行多个外部环境识别程序，如车道检测和前车检测与跟踪。这简化了驾驶安全性改进步骤。< SH7776（SH-Navi3）所采用的图像识别处理IP是与Hitachi公司合作开发的。>

并且，失真补偿模块能够将照相机采集到的图像数据转化成任何形状。例如，从配有鱼眼透镜的照相机上采集的图像数据可用于生成汽车外设的鸟眼视图。

 

4.  DDR3-SDRAM存储器接口和PCI Express接口，可以实现超高速数据传输

 

SH7776（SH-Navi3）是业内首款面向汽车导航系统的双核SoC，其整合了DDR3-SDRAM存储器接口 - 用于连接高速DDR3-SDRAM、工作频率为533MHz的双通道16位专用总线接口，从而实现了最高速度为4.27Gb/s的超高速数据传输。可以同时访问专用总线的2条通道。

并且，PCI Express接口*5的专用I/O能够在250Mb/s的最高速度下将数据写入带有PCI Express接口的外部器件上或从其中读取数据。

 

5.  各种用于提高汽车信息终端用户友好性的外设功能，包括串行ATA接口

SH7776（SH-Navi3）整合了汽车导航系统所需的片上外设模块，包括用于实现高速硬盘连接的串行ATA接口*6、带有音频编码器的声音接口、USB版2.0 Host/Function接口、用于接收地面数字电视广播的TS接口和GPS*7基带处理模块。各种外设功能让元件数量减少和以更低的成本实现高性能系统成为可能。

 

6.  提高了双核系统的可靠性，并且缩短了开发时间

 

双核架构支持下面2类处理，从而能够灵活地满足各种用户要求。

· 对称多处理（SMP）：在这里，在单个OS内运行的单个程序的运行可以在2个CPU内核之间进行分配，从而实现了并行处理。

· 不对称多处理（AMP）：在这里，不同的OS（或相同OS的多个实例）和完全不同的程序在各个CPU内核上运行。

注意：在这种情况下，在芯片内采用了允许2个OS协同操作的机制和让2个OS分开运行的机制（这种机制可以防止一个CPU访问存储器的某个区域的时候，另一个CPU访问和修改该存储器的相同区域内的数据）。

由于是在硬件（在SH7776芯片中）中实现这类通常在软件中实现的支持，所以可以为采用双核处理器的系统开发实现高可靠性。

 

< 产品背景资料 >

 

近年来，汽车信息终端（如汽车导航系统）开始提供越来越先进的导航功能，包括3-D显示、更高的可识别性和更强的真实性。需求日渐增多的功能包括用于加强简便易用性的显示功能、通过手机链路实时地获取信息、娱乐信息系统功能（如音乐和视频回放）、地面数字电视广播接收、甚至安全驾驶辅助系统的某些功能。随着这些系统具有的功能越来越多和变得越来越复杂，它们逐渐演变成了用以在驾驶的同时保证便利性、安全性和环境研究的汽车信息控制功能的核心。

 

更高的性能需要处理器或片上系统（SoC）器件处理这类应用所需的大量信息，但是通过更加精密的工艺或者更快的操作速度来满足这种需求导致了功耗增加等问题的出现。作为对市场需求的回应，越来越多地使用多核技术（在那里，在单个芯片上整合了多个CPU，并且各个CPU内核以并行或者分布式的方式处理各项处理任务以便提高效率）来提升CPU性能和降低功耗。

 

瑞萨科技公司早些时候采用了多核技术，并于2008年推出了带有2个SH-4A CPU内核的SH7786双核处理器（在533MHz的工作频率下，其最高性能为1,920 MIPS）。

 

为了满足市场对汽车信息终端用多核SoC器件的需求，瑞萨科技公司开发了SH7776双核SoC - SH-Navi系列的新成员，其推动了汽车导航系统的发展，为其抢占了很大的市场份额，并且还在汽车导航系统领域得到了大家的认可。SH7776整合了2个SH-4A CPU内核，支持高性能和更快的图形功能 - 图像识别处理功能，并且提供了大量高功能接口。

 

< 产品详情 >

 

· CPU内核

 

SH7776采用整合了瑞萨科技公司的2个SH-4A 32位精简指令集计算机（RISC）CPU内核的核心架构。它支持对称多处理（SMP）（在这里，在单个OS内运行的单个程序的运行可以在2个CPU内核之间进行分配）和不对称多处理（AMP）（在这里，不同的OS（或相同OS的多个实例）和完全不同的程序在各个CPU内核上运行）。这为用户提供了最大的系统配置灵活性。提供的侦测控制器支持SMP。它从2个CPU内核上处理内部高速缓存的数据更新，并且保持高速缓存的相关性。

并且，时钟频率和4个低功耗模式中的任何一个都可以针对各个CPU单独设置。例如，当只有1个CPU内核工作时，另一个CPU内核可以设置成低功耗模式来降低功耗。这样就可以在满足系统的处理要求的同时，保持总功耗最低。

各个CPU内核都配有1个最高工作频率为533MHz的浮点处理单元（FPU）。这些FPU支持单精度和双精度计算，并且可以在7.46GFLOPS（10亿次浮点运算/秒）的单精度模式下实现最高处理性能。这可以加快静止图象和视频的编解码器处理。

并且，大多数为采用了基于SH-4A内核（如SH-Navi1）的SoC器件的产品而开发的现有软件资源都可以重新跟SH7776（SH-Navi3）一起使用，而无需修改。这有助于缩短系统开发所需的时间。

 

· 3-D图形引擎

 

先进的着色引擎采用了IMG的PowerVR SGX 3-D图形IP，支持各个顶点和单个像素的阴影处理，从而实现了更加逼真的图像渲染。使用行业标准API OpenGL® ES*8保证嵌入式应用的可升级性。

 

图像识别处理功能

 

图像处理要求在照相机和其它传感器采集到的图像数据的基础上识别驾驶环境的情况。SH7776采用了图像识别处理IP，其通过更高的内部并行化和加倍的总线宽度提供了比早期SH7774的IP约快3.5倍的处理性能。内部处理已经从8位上升到了16位格式，从而能够支持高分辨率照相机。在众多片上外设功能中，特别适于汽车图像识别处理系统的是3通道视频输入接口和支持的分辨率高达WXGA（1,280 × 768像素）的双通道显示器功能。瑞萨科技公司还计划推出具有近200种功能的图像识别库产品来简化图像识别应用的开发。

 

· DDR3-SDRAM存储器接口

 

SH7776具有用于连接高速DDR3-SDRAM、工作频率为533MHz的双通道16位专用总线接口，能够实现最高速度为4.27Gb/s的超高速数据传输。可以同时访问专用总线的2条通道。例如，DDR存储器的各个模块可以分别分配给图形显示器和CPU，从而同时实现了高级图形显示和高速处理，或者各个模块被分配给2个CPU内核。

资源分配可以根据产品概念来进行，从而为提升系统性能提供了一种简便方法。

 

· 封装

 

采用的封装为653-引脚BGA（25 mm × 25 mm）。

 

· 开发环境

 

E10A-USB片上调试仿真器的多核版本可用作开发环境。它支持并行执行、并行中断、单CPU中断和重新执行以及同步调试功能，从而为开发人员提供了极大的灵活性。

 

还提供具有如下特性的用户系统开发参考平台，从而让用户能够进行有效的系统开发。

 

(1) 包含面向汽车信息系统的外设电路，从而为用户系统提供了准确的器件验证环境。

(2) 可用作应用软件等的软件开发工具。

(3) 轻松添加定制用户功能。

 

< 开发环境补充 >

除了上述开发环境，目前正在开发分布式功能系统构建支持技术，它可以简化采用多核产品的分布式功能系统的开发。将于2009年晚期开始供应该产品。

在分布式功能系统中，多核处理器的各个CPU内核均被分配给特性或功能不同的独立系统（领域）。各个CPU内核协同工作，为整个系统提供联合操作。瑞萨科技公司的分布式功能系统构件支持包括可以在多个领域的OS之间实现集成的通信接口技术 - EXREAL-ExARIA*9 - 和可以防止OS间干扰的技术 - EXREAL-ExVisor*9。它消除了为实现多核协同工作而构建新型复杂软件的需求，并且允许重新使用很多最初设计用于单OS系统的现有软件资源。这样就能够利用多核产品在短时间内构建分布式功能系统。并且，它为多个运行不同的OS的CPU内核实现了可靠操作。

 

瑞萨科技公司通过下列手段不断推动汽车导航系统市场的进步：及时推出新产品来满足市场需求，利用多核技术开发新型SoC器件来提升CPU性能、提高速度和为高端系统实现先进功能，以及通过能够为低端和中级系统提供高性能和先进功能的产品而一路向前。

 

< 注释 >

 

1. 资料来源：瑞萨科技公司的估计值基于Strategic Analytics公司提供的数字。

2. SH-Navi系列：面向信息终端（如汽车导航系统）、基于瑞萨科技公司SuperH™ 32位RISC CPU内核的SoC产品系列。目前，该系列的3款产品均已进入批量生产阶段，包括带有片上图像识别处理引擎的SH7774。

  · SuperH™是瑞萨科技公司的商标。

3. 图形用户界面（GUI）：一种用户界面，在那里信息以图形的方式显示，并且可以通过点击器件之类的方式进行直观操作。

4.  PowerVR是英国Imagination科技有限公司的商标或注册商标。

5. PCI Express接口：一种用于串行数据传输的I/O接口。

6. 串行ATA接口：用于连接个人计算机和存储器件（如硬盘驱动器）的IDE（ATA）标准的延伸。

7.  GPS代表“全球定位系统（Global Positioning System）”。

8.  OpenGL®ES是美国行业领袖Silicon Graphics公司开发的、用于实现3-D图形处理的编程接口，其特点在于平台独立性。它是用于嵌入式系统的API，相当于OpenGL的子集。标准制定组织Khronos Group规定了其指标。

9.  EXREAL-ExARIA和EXREAL-ExVisor：这些是与Hitachi公司合作开发的，是一项面向采用瑞萨科技公司Exreal Platform™（其提供了集成式解决方案，从片上系统（SoC）器件到用户系统开发）中使用的多核架构的分布式功能系统的技术。（Exreal Platform™是主平台，为独立专用平台的开发提供了基础。）

* 上面提到的其他产品名称、公司名称或品牌均为其各自所有者的财产。

 

< 典型应用 >

 

· 汽车信息终端：汽车导航系统等

· 游戏控制台等

 

< 日本售价 > *仅供参考

 

产品名称	封装	样品价格[含税]（日元）
SH7776 (R8A77760DBGV)	653-引脚BGA	12,000

< 技术指标 >

项目	SH7776的技术指标
产品编号	R8A77760DBGV
电源电压	1.25V（内部）/3.3V、1.5V（外部）
最高工作频率	533 MHz
处理性能	1,920 MIPS、7.46 GFLOPS（在533MHz的频率下）
CPU内核	SH-4A内核 × 2
片上RAM	ILRAM: 8 KB + OLRAM: 16 KB
高速缓冲存储器	高速缓冲存储器：划分为32 KB指令/32 KB数据 × 2 4路组相联高速缓存相关性支持
外部存储器	支持通过总线宽度为16位的专用DDR3总线连接DDR3-SDRAM（DDR1066）模块的2条通道（可以同时访问专用总线的2条通道） 最高工作频率：533 MHz 支持SRAM或ROM到扩展总线的直接连接
扩展总线	地址空间：64 MB × 6
主要的片上外设功能	瑞萨图形处理器（2-D/3-D）、3-D图形引擎
	显示单元 × 2通道
	视频输入接口 × 3通道
	图像识别处理加速器
	失真补偿模块
	串行ATA接口
	SD*1主机接口 × 2通道
	AAC编码加速器
	用于声音接口的I/O × 5通道
	USB 2.0 Host/Function接口
	TS接口
	GPS基带处理模块
	FM多路解码器
	PCI Express接口
	专用DMAC × 26通道
	控制器局域网（CAN）*2接口 × 1通道
	媒体本地总线接口 × 1通道
	串行通信接口（SCIF）× 9通道
	I2C总线接口 × 2通道
	串行外设接口（HSPI）× 2通道
	媒体处理串行总线（MTS-B）接口
	远程控制接口 × 1通道
	定时器 × 11通道
	A/D转换器接口（12位）× 1通道
	中断控制器（INTC）
	时钟脉冲发生器（CPG）：集成式PLL
	片上调试功能
	温度传感器

低功耗模式	休眠模式
	轻度休眠模式
	时钟停止模式
	DDR-SDRAM电源后备模式
封装	653-引脚BGA（25 mm × 25 mm）

注释：1. SD存储卡是一种小型存储卡，其技术指标最初是由3C（松下公司、东芝公司和SanDisk公司）制定的，并且SD卡协会（SDA）已对其进行了扩展。

要在产品中使用SD存储卡接口，必须先获得SD卡许可。

2 CAN代表“控制器局域网（Controller Area Network）”，是德国Robert Bosch公司推广的汽车网络技术规范。