电子记帐控税终端机设计的片上系统SOC芯片研究

1 引 言

电子记帐控税终端机属于高度安全和可靠的产品，关系到信息安全和金融安全，长期使用国外的核心器件将给国家安全带来严重隐患。拥有自主知识产权的嵌入式处理器、专用芯片及其嵌入式操作系统已成为振兴我国电子行业的当务之急。

目前国家正在大力发展金税工程，本文作者参与了针对电子记帐控税终端机设计的片上系统(System on Chip，)芯片的研究。

2 总体方案

本SoC芯片是面向电子记帐终端设备而设计的符合国家电子记帐终端设备标准的高性能嵌入式的系统芯片，其中以32位的SPARC V8架构的处理器为内核，集成了符合ISO7816标准的智能卡控制器和符合ISO7811／2标准的磁卡控制器接口等外围设备。他的应用既降低了电子记帐终端设备的成本，又大大提高了系统的可靠性。

2．1 SoC的结构

本SoC芯片内部采用可裁减的总线式结构，选用ARM公司的AMBA总线作为SoC内部总线，总线上各个模块采用统一的接口方式和总线连接，从而实现了模块开发的标准化，降低了开发的工作量。本SoC芯片的结构如图1所示。

本SoC采用Harvard结构，地址总线和数据总线分开，分别连接到独立的cache控制器上。指令cache和数据cache均为直接映射cache，配置各为4 kB；各部分的功能简述如下：

(1)32位整型数处理单元(Integer Unit，IU)支持SPARC V8指令集。IU的主要功能是执行整数运算、计算要访问的存储器的地址，另外他也支持指令计数器和控制指令的执行。IU具有以下特点：

①5级单一指令流水；

②单独的指令cache和数据cache；

③标准的8个寄存器窗口；

④硬件乘法、除法器；

⑤带40位累加器的16×16位MAC。

(2)浮点运算单元(Floating Point Unit，FPU)提供遵循SPARC V8标准的全部浮点指令，其浮点数据的格式和浮点指令遵循ANSI／IEEE 754-1985标准，FPU连接在IU上。FPU有32个32 b的浮点寄存器。芯片使用标准的LD／ST指令在FPU和存储器之间移动数据。存储器地址由IU计算，浮点操作指令完成浮点算术运算。

内部的AMBA总线包括2种总线：AHB和APB。APB总线用来访问片内外设的寄存器；AHB总线用作高速数据传输。AHB总线连接处理器cache控制器和其他的高速单元，IU是总线上惟一的主控单元。AHB总线从属单元有：存储器控制器、AHB／APB转换桥等。AHB／APB转换桥作为一个从属设备连接在AHB总线上，是APB总线惟一的主控单元，处理器通过AHB／APB桥访问大部分片内外设。

(3)SOC的片上外设，智能卡控制器(Smartcard controller)：符合ISO7816标准：

磁条卡控制(magnetic stripe card Controller)：符合ISO7811／2标准；

通用输入输出接口(GPIO)：共80个GPIO端口；