沁恒微：青稞RISC-V全栈MCU的“3单3集3省”

南京沁恒微电子是国内第一批基于自研RISC-V内核构建芯片、共建生态并实现产业化的芯片公司。在8月28日举办的第三届滴水湖中国RISC-V产业论坛上，南京沁恒微电子股份有限公司产品开发工程师 陶玉凯 分享了青稞RISC-V内核USB/蓝牙/以太网全栈芯片的技术，总结下来就是具备省电、省脚、省钱“3单3省3集”的特点，同时他还分享了沁恒微RISC-V芯片是如何在多个应用领域赋能RISC-V应用落地的。

南京沁恒微电子股份有限公司产品开发工程师 陶玉凯

据介绍，沁恒微专注于连接技术和MCU内核研究的，主要产品包括：USB、以太网、蓝牙、PCI这样的接口芯片，以及集成上述接口的RISC-V MCU。主要应用领域包括PC周边、手机周边、工控和物联网。

通常MCU需购买第三方IP，沁恒微则全栈MCU则处理器IP自研、PHY IP自研、协议栈自研，专注于连接/互联。“我们的核心技术是一核三接口，核就是RISC-V，命名为‘青稞系列’，集成了特色接口USB/蓝牙/以太网等，现在已经形成包括无线系列、互联系列、低功耗系列、超值型、增强型、特色应用等多个系列的产品。” 陶玉凯说到。

作为共性技术，微处理器内核性能、MCU架构从根本上影响着MCU成品芯片的主要功能特点和技术指标。

据介绍，沁恒微自研青稞内核基于RISC-V生态兼容、优化扩展的理念，支持RISC-V标准指令集、业界主流操作系统和主要RISC-V IDE，同时融合了VTF等中断提速技术，拓展了协议栈和低功耗应用指令，精简了调试接口，使用户在享受主流RISC-V开放成熟生态的同时获得更好的使用体验。

总结沁恒微MCU的特点，可以用“3单3集3省”来概括。

始终站在终端客户角度出发，深入内核技术研究，形成“3单”技术分别是：单线调试、单线可编程接口、单线USB，让客户的开发更容易；站在用户的角度出发，沁恒微的“3集”将USB接口（包括Type-C PD）、蓝牙和以太网集成到MCU上，让用户使用更加灵活；为了更好的让客户进行终端产品的落地，沁恒微推出了基于上面的技术形成了“3省”：省电、省脚、省钱。

“3单”之“单线调试”：芯恒基于自研的RISC-V内核，最先推出的是2线调试（2-wire debug）。后面又推出解决小封装芯片I/O紧张问题，同时提高片上资源利用率的方案——单线调试（1-wire debug），将串口调试的技术也集成到debug，最后只需要一根管脚就可以完成单片机的系列功能。

“3单”之“单线可编程接口”： 沁恒微在RISC-V MCU里嵌入一个小核，可以进行单线通讯和控制（1-wire PIOC）。它根据应用实际需求，可自行设计各类单线通信协议，支持读/写双重功能。下图是一个PIOC的应用，通常有一个需要单线调试的RGB灯会用SPI或者PWM模拟，一个灯24比特颜色位可能需要24个字节模拟颜色位来控制。而如果用PIOC仅仅需要3个字节、24比特就可以完全模拟出时序，可以节省8B的资源。

“3单”之“单线USB”：相较于通常的4线SPI、2线异步串口、2线IIC、10线以上并口等MCU接口通信协议，单线USB（1-wire USB）只要一根线就可以完成一些通讯。它具备CRC等数据完整性检测机制，具备通讯出错自动重试等通讯

可靠性机制，具备总线地址分配机制，较SPI具有通信出错重传的机制等，在特定的场合使用下也可以节省很多引脚。

“3集”之“集成USB”： 沁恒微的自研USB接口芯片，基本上达到了全系列的覆盖，例如CH32V305只需要拉两根线，就可以实现480兆高速USB；CH643Q集成Type-C PD、RGB驱动等功能，可以给电脑直接充电。

“3集”之“集成蓝牙”：有蓝牙功能的CH32V208，同时也是全能小网关芯片，既有蓝牙接口，也有USB、内部10兆以太网接口。沁恒微还有专门面向BLE5.4的RISC-V内核MCU CH592，其主要应用方案是冷链传输仪，通过蓝牙可以手机随时察看当前温度，USB功能能够帮将运输过程中的温度信息记录成册形成PDF文档，另外还有LCD断码显示内功能，可以进行面板控制等。

“3集”之“集成以太网”：CH32V208集成了以太网，CH32V307这颗也集成了10兆以太网和千兆MAC，还有一个高速USB2.0，可以两根线实现高速USB。

“3省”之“省电”：深入RISC-V内核层面优化运行功耗。CH32V203与CH32F203存储和外设资源相同，但前者采用青稞RISC-V微处理器，实测运行功耗会比后者低20%；CH32V203兼顾高性能/低功耗，主频较通用型提升一倍，功耗较低功耗系列减半。

“3省”之“省脚”： 沁恒微在很多芯片上都集成了USB/蓝牙/以太网，特别是会内置自研PHY。以往想要USB2.0高速，如果用其它芯片没有内置PHY可能需要多12个引脚去接一个外挂的PHY。而直接集成PHY后，两根引脚就可以实现这样的功能。

“3省”之“省钱”： 沁恒微提供免费RISC-V IP，用户可以直接使用，也有开发工具帮助用户更好地落地。

最后，陶玉凯总结到，“沁恒CH32系列RISC-V MCU 的USB/蓝牙/以太网等核心外设IP自研，除自主化程度较高外，专业化程度更高。”由于集成和内置了目标应用中所需的各个垂直IP甚至软件协议栈，打通了PHY和控制器及协议栈的数据链，因此MCU产品可以具有更好的软硬件协同性，有利于针对应用进行全局优化；减少了中间环节，降低了复杂连线等产生的电磁辐射，有利于提升高频高速性能，功耗也相对较低；一体化单芯片结构避免占用较多的I/O引脚，体积相对小，引脚少、封装成本低。

公司介绍

南京沁恒微电子股份有限公司专注于连接技术和微处理器内核研究，是一家基于自研专业接口IP、微处理器内核IP构建芯片的集成电路设计企业。公司致力于为客户提供万物互联、上下互通的芯片及解决方案，主要产品包括USB/蓝牙/以太网接口芯片和连接型/互联型/无线型MCU，产品侧重于连接、联网和控制。