XMOS学习笔记

一:产品目录:XMOS

XMOS成立于2005 年,总部在英国布里斯托,面向全球性销售,是一家多核架构芯片半导体原厂。XMOS是世界一流的音频和语音接口的方案领导者。

XMOS 自行设计独有多核并行的内核架构XCORE架构,形成一个快速灵活的微控制器。其芯片产品已经从XS1系列xcore-200系列,已经迭代到现在XCORE.AI系列 。其中第一代 (XS1系列) 和第二代 (xcore-200系列) 处理器将前所未有地结合了灵活 I/O 功能(PPGA特性)与意义上的DSP 运算能力和多核MCU控制特性,这些特性使 XMOS 芯片在音频领域确立了明显的地位。

XMOS现在迅速转向AI人工智能领域。 XMOS于2016年分离出部分团队组建了Graphcore, 专注于服务器端 AI芯片,而 XMOS 继续寻求高性价格比的嵌入式智能芯片 (edge-AI)。 为了让语音成为主流,XMOS 继续发布用于智能事物的下一代高性能语音接口芯片,以及 xcore.ai系列(AIoT 的新型交叉处理器),将 AI、DSP、控制和 I/O 整合到单个芯片平台上。

产品目录: XMOS - 木瓜科技 | 专业音频方案

XMOS是一个32位高性能多核事件驱动处理器件。XMOS集MCU, FPGA和DSP特点于一身。

  1. 可以完成像MCU的控制功能:

运算能力最高可达 2400 MIPS

主频高达500MHz.

高效单周期RISC指令

快速相应事件和中断

丰富IP支持 SPI, USB, CAN等

  1. 可以实现类似DSP的复杂数据运算处理:

32 x 32 -> 64位高精度DSP 功能模块

高效单周期执行

至少每秒16M次运算

实现傅里叶等复杂运算

  1. 可实现像 FPGA的标准时序

单个Xcore具有8个逻辑核

核间可独立、异步、同步运行

核间高速数据传输

XMOS 独特的 xCORE 体系架构,硬件的 RTOS 运行机制,使它具备很高的执行速度,可以使用多个核来做多个算法,体现出有DSP的运算能力。它可以像 FPGA 那样灵活的配置引脚,通过软件灵活定义硬件外设,而不像 MCU 那样外设已经固定。

XMOS 这种特性带来的改变是,以往一些需要采用 MCU DSP 和低端 FPGA 三颗芯片的方案,现在只用一个 XMOS 就能全部完成。

常用的 XU316 芯片功耗在300mW,不算特别适合于智能穿戴等对功耗敏感的应用,并不算是低功耗的32位MCU。但是在传统的一些需要使用 MCU、FPGA、DSP 的场合,使用XMOS会显得功耗更低。

Xmos 架构及 程序编程

1.事件驱动多个线程

2.每个处理器都由硬件支援并行运行多个线程的功能

3.线程利用单一指令完成数据处理

4.数据传输速度可以用计时器或时序控制完成

5.同一处理器线程间通讯没有时间延迟,处理器间时延固定

6.系统被分成多个但愿,一个单元由一组硬件资源组成

7.每个单元(title) 中有多个核心(core)

[Xmos] Xmos架构_csdn xmos-CSDN博客

二、 XMOS优势

MOS 芯片专注应用于音频领域,主要有USB AUDIO麦克风阵列两个应用方案。

1 Xcore是一个32位处理器,工作频率高达500MHz. 每个XCore最多可扩展8个逻辑核,单个逻辑核最高支持125MH在。 XMOS目前有单Xcore,、双Xcore和四Xcore器件。逻辑核频率和主频关系如下:

2 超强实时性,快速硬件事件响应和零延时切换。

3 快速响应I/O, 相应速度比常规MCU将近快100倍。

3 多片级联,通过Xconnect, 可将多片独立Xcore连接起来,连起来后可实现I/O, RAM等内部资源共享,且可通过channel进行数据交互。

4 时间确定性,XMOS采用RISC指令集,

5 丰富的IP核。

6 片内OTP, 高安全性AES加密模块。

7 单芯片设计,实现真正SOC. 可任意组合IP模块。

8 低BOM和低功耗。

9 高性价比

三、 XMOS极限

1 IO最高工作频率为60MHz.

2 内部时钟标准为100MHz, 可输出50MHz的内部时钟

3 每个逻辑核最低工作频率从63到100MHz不等,视乎逻辑核使用数

4 每个Tile 最大10组定时器

5 每个Tile 1个8KB OTP

6 每个Tile最大6个clock block

7 每个Tile最大4个locks

四、 XMOS局限

1 OTP一次性编程,且容量偏小

2 需要多种语言(C, XC和汇编)混合编程,开发有一定难度

3 资料不全,网上资源很少

4 开发环境使用有一定门槛,需要搭配GUI和命令行使用

五、XCore产品线

XS1为第1代XMOS产品, XCore200为第二代XMOS产品。

其中XCore200产品线如下:

1 XL系列--通用用途系列:

8-32个逻辑核

128-1024KB SRAM

1-2MB 片内FLASH (仅限F型号)

8-32KB OTP

36个型号可选

2 XU系列--USB系列:

8-32个逻辑核

128-1024KB SRAM

1-2MB 片内FLASH (仅限F型号)

8-32KB OTP

1-2个 USB接口

45+个型号可选

3 XE系列---以太网系列:

16-32个逻辑核

512-1024KB SRAM

2MB 片内FLASH (仅限F型号)

16-32KB OTP

1-2个 USB接口

1-2个 RGMII接口

6个型号可选

六、XCore芯片架构

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部分内容摘自以下文章:

XMOS学习笔记1: XMOS基础知识-CSDN博客

六、xn文件解析

xmos 相关知识--- xn文件解析_xmos xcore 0 is not enabled-CSDN博客

【USB Audio 方案】

USB Audio 方案,包括 HiFi 级别的耳放、USB 耳机、HiFi 级音响、专业录音设备、电脑/手机外置声卡等。

XMOS USB Audio 在数字音频上可实现高达 384khz 的采样率,且可灵活实现多种音频接口,如 IIS、DSD、S/PDIF 和 MIDI 等。该方案在音频行业内得到了非常高的认可,得到包括哈曼、 IFI OPPO 、索尼等国际品牌采用。

▲ 木瓜电子 XMOS USB Audio 高性能和多功能评估板:PXUA08QF48

相比于其他的音频解决方案 XMOS 的 USB Audio 方案更具优势。

它不仅满足了音乐发烧爱好者在不同应用场合所需要的高性能、高灵活性接口、高音乐品质的还原等需求。

它独有的多逻辑核及灵活的 IO 可以通过编程满足不同应用场合,将 USB Audio 方案从独立声卡的两个声道拓展到 32 个声道,基本覆盖了现有各种音乐器件的通道需求。

XMOS USB Audio 方案还有以下优势:

● 多平台兼容,支持 Windows、Mac OS X、IOS、Linux、Android 多个操作系统平台。

● 支持多种音频采样率,支持 PCM:44.1kHz-768kHz;DSD64 、DSD128、DSD256、DSD512 以及 DOP64、DOP128、DOP256,满足音乐发烧友的不同需求。

● 多样化的音频接口,支持 I²S/TDM、S/PDIF、ADAT、Direct Stream Digital (DSD)和 MIDI 接口,满足客户对接口多样化的需求。

● 多通道音频支持,最高可支持 32 进 32 出的实际应用需求。

● 支持 UAC 2.0 和 UAC 1.0 ; 在USB 2.0 异步模式中,能够支持高达 768 KHz 的采样率。

参考木瓜方案:

XMOS USB Audio-Hi-Fi 播放声卡

XMOS USB Audio-USB 音频接口

XMOS USB Audio-MQA 音频解码

MQA 生态使用 XMOS XU216 芯片实现USB外置声卡设备解析播放 MQA 音频文件,能够完美展开 MQA 文件 3 unfold,是 MQA 生态圈目前位置最高的展开规格且实现使用 UAC 2.0 传输,满足MQA生态圈中解码高性能和 MQA 全解的应用需求。

▲ XU316-1024-QF60B-PP24

XU316-1024-QF60B-PP24 是 XMOS 最新发布的 XCORE.AI 系列的芯片

成熟的 XMOS 方案 ------「 XMOS USB Audio 」-CSDN博客

【 USB 专业录音声卡解决方案】

使用 USB 接口扩展成一个多音频接口,高采样率的音频设备

个人/团队追求高清录音是为了让真实的,美妙的歌声/乐器的声音得以存储和传递,更加真实的声音往往需要更高的声音采样率才能装载更多声音频谱信息。同时,为了达到演唱表演的需要,往往是需要融合更多乐器的声音,个人演唱的声音,和背景音乐的声音。

由于现有的类如电脑和手机的终端设备无法实现更加高清的录音,也没有办法能够同时接入钢琴/吉他,多路高清麦克风,和监听耳机,难以满足音乐爱好者对演唱表演的要求,而使用 USB Audio 设备进行通过USB进行扩展专业录音声卡将是最优的选择。

USB Audio 方案能够实现 USB UAC2.0协议异步传输,保证了多通道,高码率的(类如10通道192KH)音频传输带宽。并且能够支持MIDI接口,多路模拟麦克风,带监听耳机输出,同时使用混音算法(Mixer)以融合人声和音乐。

XMOS 最新 USB 专业录音声卡解决方案_xcore usb audio device-CSDN博客

【免费】ATE1133USB音频方案,USB声卡方案_ate1133资源-CSDN下载

XMOS软件开发入门:

XMOS软件开发入门(2) - 烧写、编译、调试开发板_xmos教程-CSDN博客

xmos异步usbaudio驱动_xmos驱动资源-CSDN下载

XMOS-Stereo-USB-Audio-Class-2.0-Driver资源-CSDN下载

16SoundsUSB:基于XMOSxCORE-200的16路同步输入USB(UAC2)声卡_cs5368资源-CSDN下载

还有个入门声卡STM32的:基于STM32的USB声卡设计_stm32usb声卡资源-CSDN下载

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