K230 芯片介绍 Chapter 1

2026-03-19

K230 芯片介绍 Chapter 1

本文档基于 Canaan K230 Product Full Datasheet V1.0 (2023-7-6)，介绍芯片 Overview、Feature 和 Block Diagram。

1.1 概述

K230 芯片是 Canaan Technology（NASDAQ: CAN）Kendryte® 系列 AIoT 芯片的最新一代 SoC 产品。

核心架构特点：

  • 采用全新多异构单元加速计算架构
  • 集成两个 RISC-V C908 计算核心
  • 内置新一代 KPU (Knowledge Process Unit) 智能计算单元
  • 支持 INT8 和 INT16 多精度 AI 算力
  • 支持通用 AI 计算框架

硬件加速单元：

  • 图像 2D Engine
  • AI 2D Engine
  • 2.5D GPU
  • 3D 深度引擎

应用领域：

  • 智能门锁
  • 家用智能摄像头
  • 词典笔
  • 支付识别
  • 3D 结构光视觉模块
  • 无人机
  • 交互机器人
  • 智能家电/玩具
  • 智能制造
  • 智能车载座舱

1.2 特性

CPU 子系统

参数 CPU0 CPU1
架构 64-bit RISC-V 64-bit RISC-V
最大频率 800 MHz 1.6 GHz
指令集 RISC-V 64GCB RISC-V Vector Extension 1.0
FPU 支持 支持
VPU - 128-bit
L1 I-Cache 32 KB 32 KB
L1 D-Cache 32 KB 32 KB
L2 Cache 128 KB 256 KB
MMU 支持 支持
中断源 208 个 208 个
调试接口 JTAG JTAG

KPU 子系统

KPU（Knowledge Process Unit）是 K230 的 AI 推理加速核心。

支持的精度：

  • INT8
  • INT16

典型网络性能：

网络模型 性能
ResNet50 ≥ 85 fps @INT8
MobileNet_v2 ≥ 670 fps @INT8
YoloV5S ≥ 38 fps @INT8

支持的框架：

  • TensorFlow
  • PyTorch
  • TFLite
  • PaddlePaddle
  • ONNX

量化精度损失：< 1%

2D Engine

2D GDMA Engine：

  • X-Mirror / Y-Mirror / Rotation (90°/180°/270°)
  • 典型图像旋转能力：2 × 1080×1280 YUV400 @15fps + 1 × 1080×1920 YUV420 @30fps
  • AXI 数据宽度：64-bit
  • 最大分辨率：64K × 64K
  • 像素位宽：8/16/24/32 bits

Non-AI 2D 功能：

  • OSD 模式
  • CSC 模式
  • 画边框模式
  • 裁剪操作

独立 AI 2D Engine：

  • 仿射变换 (Affine)
  • 裁剪 (Crop)
  • 缩放 (Resize)
  • 填充 (Padding)
  • 移位 (Shift)
  • 色彩空间转换 (CSC)

DPU (深度处理单元)

用于 3D 结构光深度计算：

参数 规格
横向最大分辨率 1920 × 1080
纵向最大分辨率 1080 × 1440
典型性能 1280×800@30fps
  1280×1080@15fps
  1920×1080@9fps

处理模块：

  • Img_check：输入 int8，输出 int1
  • LCN：输入 int8，输出 int12
  • SAD：输入 int12，输出 int16
  • Post_proc：输入 int16，输出 int1
  • Align：支持深度/视差对齐

内存

DDR：

  • 16-bit/通道 LPDDR4，双通道，最大速度 3200 Mbps
  • 32-bit LPDDR3，最大速度 2133 Mbps
  • 最大容量：2GB
  • 支持 1:1 / 1:2 频率比架构
  • 5 个 AMBA AXI 主机端口

SRAM：

  • 共享 SRAM：2MB
  • 默认分配给 KPU：2MB
  • 共享 SRAM 包含两个独立 128-bit AXI4 Slave 总线

Flash：

  • 支持 SPI NOR Flash
  • 支持 SPI NAND Flash
  • 支持 XIP (Execute In Place) 模式
  • 支持 Enhanced SPI (Dual/Quad/Octal)

系统组件

模块 功能
RMU 复位管理：上电复位去抖、WDT 复位、软件复位、子模块复位
CMU 时钟管理：子系统时钟生成、时钟分频、时钟切换、时钟门控。支持 DVFS
PWR 电源控制：5 种电源模式（Power on/Sleep0/Sleep1/Standby/Powerdown）
PDMA 8 通道，外设到 DDR/SRAM 的数据传输
SDMA 4 通道，64-bit AXI4 主设备，支持链接列表传输
Timer 最多 6 个可编程定时器，8-32 bit 可配置宽度
STC Timer 64-bit 定时器，用于音视频同步
Watchdog 32-bit 宽度，可生成系统复位
RTC 日历功能，支持闹钟和周期中断
Mailbox CPU0 和 CPU1 之间的通信，支持硬件锁和中断
温度传感器 ±3°C 精度，测量范围 -40~125°C

视频输入

  • 3 × MIPI CSI（兼容 MIPI 1.2 RX 协议）
  • 最大配置：3 × 2-lane 传感器 或 1 × 4-lane + 1 × 2-lane 传感器
  • 支持结构光传感器，可分离 IR 数据和散斑数据
  • 支持 HDR 传感器
  • 支持 8/10/12/16 Bit Bayer RAW
  • 支持时间戳

ISP

总体吞吐：8MP @ 30fps

主要功能：

  • 自动对焦 (AF)
  • 自动白平衡 (AWB)
  • 自动曝光 (AE)
  • 2D/3D 降噪
  • WDR 单帧宽动态
  • 多曝光 HDR (DOL2/DOL3)
  • 黑电平补偿
  • 坏点校正
  • 镜头阴影校正
  • 鱼眼校正
  • 数字增益
  • 色彩校正矩阵 (CCM)
  • Gamma 校正
  • 直方图计算
  • 防闪烁
  • 视频稳定 (VSM)

Multi-Context Management：支持单 ISP Core 处理 3 个传感器

视频输出

  • 1 × MIPI DSI（1 × 4-lane 或 1 × 2-lane）
  • 分辨率：最高 2MP @ 60fps
  • 13 层叠加：
    • 4 个视频层
    • 8 个 OSD 层
    • 1 个背景层
视频层 缩放 旋转 数据格式
Layer 0 支持 支持 90°/180°/270° YUV420 2-plane
Layer 1 不支持 支持 90°/180°/270° YUV420 2-plane
Layer 2/3 不支持 不支持 YUV420/YUV422 2-plane

OSD 层支持格式：RGB888, RGB565, ARGB8888, ARGB4444, ARGB1555, Monochrome

视频编解码

编码性能：最高 8MP @ 20fps

支持编码格式：

  • HEVC (H.265) Main / Main10
  • H.264 BP / MP / HP / High10
  • JPEG (YUV420/YUV422)
  • MJPEG

解码性能：最高 8MP @ 40fps

支持解码格式：

  • HEVC (H.265) Main/Main10
  • H.264 Baseline/Main/High/High10
  • JPEG

2.5D GPU

硬件组件：

  • 命令列表 DMA
  • 原始光栅化器，16× 抗锯齿
  • 纹理映射单元，4 Texel/cycle (双线性过滤)
  • 硬件合成，帧缓冲压缩
  • 曲面细分

图像变换：

  • 纹理映射（点采样、双线性过滤）
  • 拉伸、旋转、镜像
  • 2.5D 透视校正投影

绘制引擎：

  • 像素/直线绘制（任意角度）
  • 渐变填充矩形
  • 三角形、多边形
  • 路径生成

抗锯齿：16× MSAA (4×4)

音频

内置音频编解码：

  • 2 DAC 通道（立体声播放）：8-192 KHz
  • 2 ADC 通道（麦克风录音）：8-192 KHz
  • 自动电平控制 (ALC)
  • 最多 8 × PDM DMIC 输入
  • I2S 接口支持 2×2 扩展

PDM 音频：

  • 采样率：2.048 / 2.8224 MHz
  • 支持过采样率：×128 / ×64 / ×32
  • 最多 4 个 IO

I2S 音频：

  • 格式：Phillips / 左对齐 / 右对齐
  • 采样率：8-192 KHz
  • 数据宽度：32 bits

外设

外设 特性
UART 5 个接口，支持 9-bit 数据，32×32 FIFO
GPIO 通用输入输出
I2C 内部/外部 I2C 总线
SPI SPI 主/从模式
USB USB 2.0 OTG
SD/eMMC SD 卡和 eMMC 接口
PWM 脉宽调制
CAP 捕获功能
GMAC 千兆以太网 (可选)
CSI MIPI CSI 相机接口

安全特性

K230 提供完整的安全特性，包括：

  • 安全启动
  • 硬件加密引擎
  • 安全存储
  • 完整性检查

PMU

电源管理单元 (PMU) 负责：

  • 电源域管理
  • 电源模式切换
  • 唤醒源管理（GPIO、PMU、定时器）

1.3 Block Diagram

K230 芯片官方 Block Diagram 如下：

K230 Block Diagram

官方框图解析：

K230 采用 C906 CPU + C908 CPU 双核异构架构，主要模块包括：

模块 说明
CPU Subsystem C906 (800MHz) + C908 (1.6GHz) 双 RISC-V 核心
KPU Knowledge Process Unit，AI 推理加速单元
Video Codec HEVC/H.264 编解码器
ISP Image Signal Processor，图像信号处理器
Video Input MIPI CSI 接口，支持 3 路 sensor 输入
Video Output MIPI DSI 显示输出
DPU Depth Process Unit，3D 结构光深度处理
2D GE Graphics Engine，2D 图像加速
2.5D GPU 2.5D 图形处理单元
Audio 音频编解码模块
Security 安全引擎 (SEC ENG)
PMU Power Management Unit，电源管理
DMAC DMA 控制器
DDR Ctrl LPDDR4/LPDDR3 内存控制器
SPI/Timer/RTC 定时器、RTC 等外设

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