飞腾派

飞腾派处理器数据手册 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 2023。保留所有权利。 飞腾派处理器数据手册 版本历史 版本历史 文档版本 V1.0 发布日期 2023-10-17 V1.0(2023-10-17) 更新说明 首次发布，数据为理论值，仅供参考。 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 I 飞腾派处理器数据手册 目 录 目 录 1 简介 ....................................................................1 1.1 技术指标 ..........................................................2 1.2 电源管理 ..........................................................4 1.3 功能框图 ..........................................................4 1.4 封装 ..............................................................4 1.5 相关文档 ..........................................................5 2 接口说明 ................................................................6 2.1 引脚列表 ..........................................................6 2.1.1 通用信号引脚信息 ............................................6 2.1.2 电源引脚信息 ...............................................14 2.1.3 不使用时处理方式 ...........................................16 2.1.4 复用引脚说明 ...............................................16 2.1.5 Pin Map ....................................................25 2.2 DDR 内存接口 ..................................................... 26 2.2.1 接口特性 ...................................................26 2.2.2 信号描述 ...................................................27 2.2.3 引脚分布 ...................................................29 2.2.4 拓扑结构 ...................................................29 2.2.5 交换准则 ...................................................32 2.2.6 校准电阻要求 ...............................................33 2.2.7 PCB 设计建议 ............................................... 33 2.3 PCIe 接口 ........................................................ 40 2.3.1 接口特性 ...................................................40 2.3.2 信号描述 ...................................................40 2.3.3 拓扑结构 ...................................................41 2.3.4 AC 电容、校准电阻要求 ...................................... 42 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 II 飞腾派处理器数据手册 目 录 2.3.5 PCB 设计建议 ............................................... 43 2.4 以太网 MAC 接口 ...................................................44 2.4.1 接口特性 ...................................................44 2.4.2 信号描述 ...................................................45 2.4.3 电气特性 ...................................................48 2.4.4 拓扑结构 ...................................................51 2.4.5 校准电阻要求 ...............................................52 2.4.6 PCB 设计建议 ............................................... 52 2.5 USB 接口 ......................................................... 54 2.5.1 接口特性 ...................................................54 2.5.2 信号描述 ...................................................54 2.5.3 拓扑结构 ...................................................56 2.5.4 PCB 设计建议 ............................................... 57 2.6 DisplayPort 接口 ................................................. 58 2.6.1 接口特性 ...................................................58 2.6.2 信号描述 ...................................................59 2.6.3 拓扑结构 ...................................................60 2.6.4 PCB 设计建议 ............................................... 60 2.7 SATA 接口 ........................................................ 61 2.7.1 接口特性 ...................................................61 2.7.2 信号描述 ...................................................62 2.7.3 拓扑结构 ...................................................63 2.7.4 PCB 设计建议 ............................................... 63 2.8 QSPI 接口 ........................................................ 64 2.8.1 接口特性 ...................................................64 2.8.2 信号描述 ...................................................65 2.8.3 接口时序 ...................................................66 2.8.4 拓扑结构 ...................................................67 2.8.5 布线要求 ...................................................68 2.9 SPI 接口 ......................................................... 68 2.9.1 接口特性 ...................................................68 2.9.2 信号描述 ...................................................69 2.9.3 接口时序 ...................................................69 2.10 SD/SDIO/eMMC 接口 ............................................... 70 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 III 飞腾派处理器数据手册 目 录 2.10.1 接口特性 ..................................................70 2.10.2 信号描述 ..................................................70 2.10.3 接口时序 ..................................................72 2.10.4 拓扑结构 ..................................................74 2.10.5 布线要求 ..................................................74 2.11 NAND Flash 接口 ................................................. 75 2.11.1 接口特性 ..................................................75 2.11.2 信号描述 ..................................................75 2.11.3 接口时序 ..................................................76 2.11.4 拓扑结构 ..................................................78 2.11.5 布线要求 ..................................................78 2.12 I2S 接口 ........................................................ 78 2.12.1 接口特性 ..................................................78 2.12.2 信号描述 ..................................................79 2.12.3 接口时序 ..................................................79 2.13 CAN 接口 ........................................................ 80 2.13.1 接口特性 ..................................................80 2.13.2 信号描述 ..................................................80 2.13.3 接口时序 ..................................................80 2.14 JTAG Master 接口 ................................................ 81 2.14.1 接口特性 ..................................................81 2.14.2 信号描述 ..................................................81 2.14.3 接口时序 ..................................................82 2.15 MIO 接口 ........................................................ 82 2.15.1 接口特性 ..................................................82 2.15.2 信号描述 ..................................................82 2.15.3 MIO 内部结构 .............................................. 83 2.16 UART 接口 ....................................................... 83 2.16.1 接口特性 ..................................................83 2.16.2 信号描述 ..................................................83 2.16.3 接口时序 ..................................................84 2.17 I2C 接口 ........................................................ 86 2.17.1 接口特性 ..................................................86 2.17.2 信号描述 ..................................................86 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 IV 飞腾派处理器数据手册 目 录 2.17.3 接口时序 ..................................................86 2.18 PWM 接口 ........................................................ 88 2.18.1 接口特性 ..................................................88 2.18.2 信号描述 ..................................................89 2.19 KeyPad 接口 ..................................................... 89 2.19.1 接口特性 ..................................................89 2.19.2 信号描述 ..................................................89 2.20 GPIO 接口 ....................................................... 90 2.20.1 接口特性 ..................................................90 2.20.2 信号描述 ..................................................90 2.21 SMBUS 接口 ...................................................... 90 2.21.1 接口特性 ..................................................90 2.21.2 信号描述 ..................................................90 2.22 WDT .............................................................91 2.23 调试接口 ........................................................91 2.23.1 调试功能 ..................................................92 2.23.2 使用方法 ..................................................92 2.24 系统 IO 接口 .....................................................92 2.24.1 时钟电路 ..................................................92 2.24.2 复位和开机电路 ............................................93 2.24.3 BIOS 固件启动 ............................................. 93 2.24.4 GPIO 特殊应用说明 ......................................... 94 3 电源管理 ...............................................................95 3.1 电源参数 .........................................................95 3.2 电源状态 .........................................................96 3.3 电源方案 .........................................................97 3.4 电源时序控制 .....................................................99 3.4.1 嵌入式场景时序控制 .........................................99 3.4.2 S3 场景时序控制 ........................................... 100 3.5 IO 供电说明 ..................................................... 103 3.6 推荐电容配置 ....................................................103 4 时钟管理 ..............................................................106 4.1 时钟频率配置 ....................................................106 4.2 LSD 时钟说明 .................................................... 107 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 V 飞腾派处理器数据手册 目 录 4.3 时钟需求 ........................................................108 5 电气特性 ..............................................................109 5.1 绝对最大额定值 ..................................................109 5.2 ESD 特性 ........................................................ 110 5.3 通用引脚 DC 电气特性 .............................................110 5.4 通用引脚 AC 特性 .................................................111 5.5 SerDes 电气特性 ................................................. 112 5.5.1 外部参考时钟电平规范 ......................................112 5.5.2 发送模块电气特性 ..........................................112 5.5.3 接收模块电气特性 ..........................................113 5.5.4 公共模块电气特性 ..........................................113 5.6 SATA 引脚电气特性 ............................................... 113 5.7 USB2.0 引脚电气特性 ............................................. 113 5.8 USB3.0 引脚电气特性 ............................................. 114 6 通用 PCB 设计指导 ......................................................115 6.1 阻抗要求 ........................................................115 6.1.1 单端微带线 ................................................115 6.1.2 差分微带线 ................................................115 6.1.3 单端带状线 ................................................116 6.1.4 差分带状线 ................................................116 6.2 布线区域划分 ....................................................117 6.3 差分信号布线 ....................................................117 6.4 信号回流孔 ......................................................118 6.5 参考平面设计 ....................................................119 6.6 高速信号残桩 ....................................................119 6.7 信号串扰 ........................................................121 6.8 阻抗不连续 ......................................................121 6.9 低速接口 PCB 设计建议 ............................................121 6.10 电源 PCB 设计建议 ...............................................122 6.11 PCB 叠层设计 ................................................... 123 6.11.1 推荐八层板叠层 ...........................................123 6.11.2 推荐六层板叠层 ...........................................123 7 封装特性说明 ..........................................................125 7.1 封装尺寸 ........................................................125 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 VI 飞腾派处理器数据手册 目 录 7.2 扣合力 ..........................................................126 7.3 PCB 封装设计推荐 ................................................ 127 7.4 推荐装焊曲线 ....................................................127 8 术语和缩略语 ..........................................................129 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 VII 飞腾派处理器数据手册 图 目 录 图 目 录 图 1-1 飞腾派功能框图 ...................................................4 图 2-1 低速 IO PAD 示意图 ...............................................17 图 2-2 飞腾派 BGA MAP 结构图 ........................................... 25 图 2-3 飞腾派 DDR 引脚分布(顶视图) ......................................29 图 2-4 飞腾派 DDR4 SDRAM 单 RANK 结构图 ..................................30 图 2-5 飞腾派 LPDDR4 SDRAM 单 RANK 结构图 ................................31 图 2-6 DDR 校准电阻参考电路 ............................................ 33 图 2-7 飞腾派 DDR4 X16 内存颗粒布线示意图(三层布线) .....................34 图 2-8 飞腾派 LPDDR4 X32 内存颗粒布线示意图(三层布线) ...................34 图 2-9 飞腾派 LPDDR4 X32 内存颗粒 AC 信号 Fly-by 拓扑走线局部示意图 .......35 图 2-10 飞腾派 DDR4 DIMM 布线示意图(三层布线) ...........................35 图 2-11 DDR4 SDRAM 端接设计参考 ........................................ 36 图 2-12 下行链路 1X4 拓扑结构 ...........................................41 图 2-13 下行链路 1X2+2X1 拓扑结构 .......................................41 图 2-14 下行链路 4X1 拓扑结构 ...........................................42 图 2-15 SATA 与 PCIe 自适应连接拓扑图 ................................... 42 图 2-16 外部校准电阻参考电路 ...........................................43 图 2-17 AC 耦合电容 PCB 摆放示意图 ...................................... 44 图 2-18 GMAC 开关特性图 ................................................ 49 图 2-19 MDIO 写操作时序 ................................................ 49 图 2-20 MDIO 读操作 .................................................... 49 图 2-21 MDIO 读建立和保持时间 .......................................... 49 图 2-22 RGMII 发送通道时序 ............................................. 50 图 2-23 RGMII 接收通道时序 ............................................. 50 图 2-24 RX 数据端口采样时序图 .......................................... 50 图 2-25 SGMII 连接拓扑 ................................................. 51 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 VIII 飞腾派处理器数据手册 图 目 录 图 2-26 USXGMII 连接拓扑 ............................................... 51 图 2-27 RGMII 连接拓扑 ................................................. 52 图 2-28 外部校准电阻连接示意图 .........................................52 图 2-29 USB-A 接口连接拓扑 ............................................. 56 图 2-30 Micro-B 接口连接拓扑 ........................................... 56 图 2-31 USB 过流保护连接拓扑 ........................................... 56 图 2-32 USB 接口耦合电容与 ESD 器件 PCB 布局示意图 ....................... 58 图 2-33 DisplayPort 连接拓扑 ........................................... 60 图 2-34 ESD 器件和耦合电容布局参考 ..................................... 61 图 2-35 SATA 连接拓扑 .................................................. 63 图 2-36 耦合电容布局参考 ...............................................64 图 2-37 QSPI 总线时序 .................................................. 66 图 2-38 QSPI 数据输出 SCK 相对延迟时间 .................................. 67 图 2-39 写保护模式输出 .................................................67 图 2-40 QSPI 单从设备拓扑 .............................................. 67 图 2-41 QSPI 多从设备拓扑 .............................................. 68 图 2-42 SPI 时序图 ..................................................... 70 图 2-43 SD 卡时钟数据时序图(标准模式) .................................. 72 图 2-44 SD 卡时钟数据时序图(高速模式) .................................. 73 图 2-45 SD 卡时钟时序图(sdr 模式) .......................................73 图 2-46 SD 卡输入时序图(sdr 模式) .......................................73 图 2-47 SD 卡 4 线拓扑 .................................................. 74 图 2-48 eMMC 拓扑 ...................................................... 74 图 2-49 SDR 命令发送 ................................................... 76 图 2-50 SDR 地址发送 ................................................... 77 图 2-51 SDR 数据发送 ................................................... 77 图 2-52 SDR 数据接收 ................................................... 77 图 2-53 飞腾派 NAND Flash 拓扑 ..........................................78 图 2-54 I2S 时序图 ..................................................... 79 图 2-55 CAN 时序图 ..................................................... 80 图 2-56 JTAG master 接口时序图 ......................................... 82 图 2-57 MIO 内部结构 ................................................... 83 图 2-58 UART 三线时序图 ................................................ 84 图 2-59 UART 五线时序图 ................................................ 84 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 IX 飞腾派处理器数据手册 图 目 录 图 2-60 UART 九线时序图 ................................................ 85 图 2-61 I2C 接收时序 ................................................... 88 图 2-62 I2C 发送时序 ................................................... 88 图 2-63 飞腾派软件调试结构 .............................................91 图 2-64 trace32 连接 PC 进行调试 ........................................ 92 图 2-65 最小系统主时钟参考电路 .........................................93 图 2-66 飞腾派复位电路示意图 ...........................................93 图 3-1 飞腾派 DDR4 颗粒和 DIMM 条场景电源方案示意图 ......................98 图 3-2 飞腾派 LPDDR4 颗粒场景电源方案示意图 .............................99 图 3-3 飞腾派上电时序示意图 ...........................................100 图 3-4 S3 场景一 S0→S3 休眠时序图 ..................................... 101 图 3-5 S3 场景一 S3→S0 唤醒时序图 ..................................... 102 图 3-6 飞腾派去耦电容放置示意图 .......................................105 图 4-1 LSD 时钟结构图 ................................................. 107 图 5-1 PAD 输出负载电路 ............................................... 112 图 5-2 PAD 输出波形 ................................................... 112 图 6-1 单端微带线 .....................................................115 图 6-2 差分微带线 .....................................................115 图 6-3 单端带状线 .....................................................116 图 6-4 差分带状线 .....................................................116 图 6-5 布线区域划分示意图 .............................................117 图 6-6 L1 芯片扇出线示意图 ............................................ 117 图 6-7 等长绕线参考示意图一 ...........................................118 图 6-8 等长绕线参考示意图二 ...........................................118 图 6-9 耦合电容摆放参考 ...............................................118 图 6-10 回流孔摆放参考一 ..............................................118 图 6-11 回流孔摆放参考二 ..............................................119 图 6-12 跨平面参考处理 ................................................119 图 6-13 信号换层过孔残桩示意图 ........................................120 图 6-14 信号走线的残桩示意图一 ........................................120 图 6-15 信号走线的残桩示意图二 ........................................120 图 6-16 电源反馈信号走线示意图 ........................................122 图 6-17 电源信号 BGA 扇出示意图 ........................................122 图 7-1 飞腾派芯片机械尺寸图 ...........................................125 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 X 飞腾派处理器数据手册 图 目 录 图 7-2 飞腾派芯片 PCB 封装设计推荐 .....................................127 图 7-3 推荐装焊温度曲线 ...............................................127 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 XI 飞腾派处理器数据手册 表 目 录 表 目 录 表 1-1 飞腾派产品参数列表 ...............................................1 表 2-1 飞腾派通用信号引脚信息 ...........................................6 表 2-2 飞腾派电源引脚信息 ..............................................14 表 2-3 飞腾派特殊引脚处理方式 ..........................................16 表 2-4 飞腾派高速引脚复用表 ............................................16 表 2-5 飞腾派低速引脚复用表 ............................................18 表 2-6 支持的 DDR4 时序参数组合 .........................................26 表 2-7 支持的 LPDDR4 时序参数组合 .......................................27 表 2-8 飞腾派 DDR4 与 LPDDR4 信号描述 ....................................27 表 2-9 DDR4 方案 Slice 分组表 ........................................... 32 表 2-10 LPDDR4 方案 Slice 分组表 ........................................ 32 表 2-11 DDR4 X16 SDRAM 布线要求(Fly-by 拓扑) ............................36 表 2-12 LPDDR4 X32 SDRAM 布线要求(点对点/Fly-by 拓扑) ...................37 表 2-13 LPDDR4 X32 SDRAM 布线要求(点对点/T 拓扑) ........................38 表 2-14 DDR4 DIMM 布线要求 ............................................. 39 表 2-15 飞腾派 PCIe 信号描述 ............................................40 表 2-16 PCIe3.0 链路 AC 耦合电容 ........................................ 42 表 2-17 PCIe 布线要求 .................................................. 43 表 2-18 SGMII 信号描述 ................................................. 45 表 2-19 USXGMII 信号描述 ............................................... 46 表 2-20 RGMII 信号描述 ................................................. 47 表 2-21 MDIO 接口电特性 ................................................ 48 表 2-22 RGMII 接口电特性 ............................................... 48 表 2-23 SGMII 布线要求 ................................................. 52 表 2-24 USXGMII 布线要求 ............................................... 52 表 2-25 RGMII 布线要求 ................................................. 53 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 XII 飞腾派处理器数据手册 表 目 录 表 2-26 USB 接口描述 ................................................... 54 表 2-27 USB 布线要求 ................................................... 57 表 2-28 飞腾派 DisplayPort 接口描述 .....................................59 表 2-29 DisplayPort 布线要求 ........................................... 60 表 2-30 SATA 接口描述 .................................................. 62 表 2-31 SATA 布线要求 .................................................. 63 表 2-32 QSPI 接口描述 .................................................. 65 表 2-33 QSPI 接口时序说明 .............................................. 66 表 2-34 QSPI 接口布线要求 .............................................. 68 表 2-35 SPI 接口描述 ................................................... 69 表 2-36 SPI 接口电特性 ................................................. 69 表 2-37 SD/SDIO/eMMC 接口描述 .......................................... 71 表 2-38 标准模式的总线时序参数值 .......................................72 表 2-39 高速模式总线时序参数值 .........................................72 表 2-40 SDR 模式的总线时序参数值 ....................................... 73 表 2-41 SD/SDIO/eMMC 接口布线要求 ...................................... 74 表 2-42 NAND Flash 接口描述 ............................................ 75 表 2-43 SDR 模式电特性说明 ............................................. 76 表 2-44 NAND Flash 接口布线要求 ........................................ 78 表 2-45 I2S 接口描述 ................................................... 79 表 2-46 I2S 接口时序说明 ............................................... 79 表 2-47 CAN 接口描述 ................................................... 80 表 2-48 CAN 接口时序说明 ............................................... 80 表 2-49 JTAG Master 接口描述 ........................................... 81 表 2-50 传输电特性说明 .................................................82 表 2-51 MIO 复用对照表 ................................................. 82 表 2-52 UART 接口描述 .................................................. 83 表 2-53 UART 接口电特性 ................................................ 84 表 2-54 I2C 接口描述 ................................................... 86 表 2-55 I2C 接口电特性 ................................................. 87 表 2-56 PWM 接口描述 ................................................... 89 表 2-57 KeyPad 接口描述 ................................................ 89 表 2-58 GPIO 接口描述 .................................................. 90 表 2-59 SE_SMBus 接口描述 .............................................. 90 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 XIII 飞腾派处理器数据手册 表 目 录 表 2-60 FJTAG 接口描述 ................................................. 91 表 2-61 调试环境支持 ...................................................91 表 2-62 最小系统主时钟参数要求 .........................................93 表 2-63 CPU 启动配置说明 ............................................... 93 表 2-64 GPIO 特殊应用说明[1] .............................................94 [1] 表 3-1 核心电源参数说明 表 3-2 其他模块电压电流参数[1] .......................................... 95 表 3-3 电源状态 ........................................................96 表 3-4 电源状态说明 ....................................................96 表 3-5 S3 场景一 S0→S3 休眠下电时序控制表 ............................. 101 表 3-6 S3 场景一 S3→S0 唤醒上电时序控制表 ............................. 102 表 3-7 SMCORE_x 与 GPIO 电源 VDDIO_x 的对应关系 ......................... 103 表 3-8 飞腾派各个电源域推荐的电容配置 .................................103 表 4-1 频率配置范围 ...................................................106 表 4-2 LSD 时钟说明 ................................................... 107 表 4-3 主时钟要求 .....................................................108 表 4-4 SerDes 参考时钟要求 ............................................ 108 表 4-5 USXGMII 参考时钟要求 ........................................... 108 表 5-1 绝对最大额定值 .................................................109 表 5-2 ESD 绝对最大额定值 ............................................. 110 表 5-3 电气敏感性 .....................................................110 表 5-4 通用 pad 引脚电气特性(1.8V) .....................................110 表 5-5 通用 pad 引脚电气特性(3.3V) .....................................111 表 5-6 通用 Pad 交流参数(1.8 V) ........................................111 表 5-7 通用 Pad 交流参数(3.3V) .........................................112 表 5-8 外部参考时钟电平规范 ...........................................112 表 5-9 发送模块电气特性 ...............................................112 表 5-10 接收模块电气特性 ..............................................113 表 5-11 公共模块电气特性 ..............................................113 表 5-12 SATA TX/RX 信号组 DC 电气特性 .................................. 113 表 5-13 USB2.0 接口电气特性 ........................................... 113 表 5-14 USB3.0 接口电气特性 ........................................... 114 表 6-1 单端微带线 .....................................................115 表 6-2 差分微带线 .....................................................116 V1.0(2023-10-17) .............................................. 95 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 XIV 飞腾派处理器数据手册 表 目 录 表 6-3 单端带状线 .....................................................116 表 6-4 差分带状线 .....................................................116 表 6-5 推荐八层板叠层设计 .............................................123 表 6-6 推荐六层板叠层设计 .............................................123 表 7-1 飞腾派芯片机械尺寸数据 .........................................126 表 7-2 推荐装焊温度数据 ...............................................127 表 8-1 术语和缩略语 ...................................................129 V1.0(2023-10-17) 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 XV 飞腾派处理器数据手册 1 简介 1 简介 飞腾派处理器是嵌入式四核处理器，该处理器兼容 ARM V8 指令集，包含 2 个 FTC664 核和 2 个 FTC310 核，其中 FTC664 核主频可达 1.8GHz，FTC310 核主频可达 1.5GHz。表 1-1 为飞腾派产品形态基本性能参数列表。 表 1-1 产品型号 飞腾派产品参数列表 飞腾派 Marking 订货号 飞腾派-0400-C 主频 1.8GHz、1.5GHz L2 Cache 2MB+256KB 片上存储器 [1] 512KB 视频编解码 H.264/265 解码，2K@30fps PCIe 1 个 x4 和 2 个 x1 PCIe3.0 DDR 1 个 72bits DDR4/LPDDR4-2400 网络接口 2 个 1000/100/10M SGMII/10000M USXGMII + 2 个 1000/100/10M SGMII/RGMII USB 接口 3 个 USB2.0 接口和 2 个 USB3.0 接口(向下兼容 USB2.0) 多媒体接口 2 个 DisplayPort1.4 HBR2 接口和 1 个 I2S 接口 [2] 6W 典型功耗 [3] TDP 内核电压 V1.0(2023-10-17) 10.5W 0.85V 版权所有 © 飞腾信息技术有限公司 1 飞腾派处理器数据手册 1 简介 产品型号 飞腾派 封装 25*25mm FCBGA 封装 厚度 2.606mm 质量等级 商业级 MSL