RK3588主板探秘

2023年5月20日20:00，《在调试器下理解计算机系统》的第一讲通过腾讯会议准时开始。尽管是在520这样的特殊的日子里，很多格友还是准时上线了。

第一讲的主题是：板上乾坤，以幽兰为例。从这个标题中也能看出格物的思想，以幽兰代码本上对RK3588的实现作为一个具体的实例来学习。

Overview

概览

当我们把幽兰的后盖打开，拆下它的散热片，就能看到幽兰的主板。“板上乾坤”其实就是把板子上的各个部件作为例子来讲一下幽兰这个系统，用这种看得见、摸得着的方式，来阐述如何用典型的ARM SoC实现一台笔记本电脑需要哪些部件。

中间这一块就是我们的主角——瑞芯微的3588 SoC，是一款具有8nm制程工艺、高集成度的片上系统。在它的周围，就如同众星捧月一般支撑起了整个系统。首先，我们就从离它最近的个头比较大的这三块芯片开始讲起，芯片的个头大小是很说明问题的。右上角这块黑色的是128GB的eMMC闪存，用于存放Linux内核。

另外，出厂时默认的home目录也在这里面。它承担着外存的角色，可以永久存储数据。左下角的这两块就是幽兰的16G DDR内存，幽兰所配备的内存也是目前RK3588所能实现的最大内存。透过板上的这些关键部件，我们能更深层次地理解寄存器原理。

Three Major Components

冯·诺伊曼架构

的三大件

今天主流的桌面级计算机系统用的都是冯·诺伊曼架构。冯·诺伊曼架构就把计算机系统抽象成我们眼前的这幅图，冯·诺伊曼把中间用C来表示，分成CA（中央算术单元）和CC（中央控制单元），今天统称为CPU。在离CPU很近的地方有内存，冯·诺伊曼用M来表达。而后他又画了两个R，就是我们今天所说的外存，外存是通过I/O去访问的。像这样，冯·诺伊曼就把整个计算机系统归纳成三大件。

虽然我们今天仍遵循着冯·诺伊曼架构，但也有所不同，比如外存，它也离中央处理器越来越近了。如果是传统的PC，硬盘是在很远的地方——主板外面挂着。而今天对于幽兰来说，外存也离CPU很近。由此可以看出，计算机系统在大结构不变的情况下也在做一些演变。

主角RK3588 SoC

接下来，张老师分别对三大件做了细致介绍。

先是从我们的主角SoC说起，RK3588这块不仅在中国很有名，在全世界范围内也是很有名的。能把ARM的SoC做到这样好的性价比也是比较少见的，可以说是凤毛麟角。在没有RK3588之前，要实现ARM的本子，其实性能是不够的。要做一个笔记本形态的计算机系统，最中央的SoC芯片在性能上是要达到一定级别的，此前的（包括3399）都还欠一档，3588真正地达到了这一级别。当然，实现这一级别除了它的8个核之外，也包括它所配备的其他基础部件，如GPU、VPU、HDMI、USB、PCIe。所有的这些条件都达到了，才可能用它来实现一款像幽兰这样性能还可以的计算机系统。

今天做SoC很难的一件事情在于平衡，即：如何选取当下成熟的技术，并集成到一起。这个集成不是简单地堆在一起，它要能相互加分，实现1+1＞2。最后还要达到一个良好的性价比，不能太贵，要经得起市场的检验，如果性价比不合适，那它也是不符合市场要求的。

RK3588在这方面做得非常好，精心选择各个部件，把它们组合在一起，又打磨得很好，包括它的调试支持、外围部件所达到的稳定度等，都让人深感佩服。

这幅图是RK3588的逻辑框图，不是实际的晶体管物理布局。

Memory

访问内存的速度

就是整个系统的速度

讲完了三大件里中央的部分，下面再讲一下内存。

内存就涉及到DDR，今天达到G级别的大规模内存，其实现通常都是使用了DDR这样的技术。在3588内部就集成了DDR控制器，它是用来和DDR的颗粒进行通信的。访问内存就涉及到最关键的性能问题，因为软件要跑起来，就要和内存打交道，代码、数据都要访问内存，访问内存的速度就是整个系统的速度，成为影响整个系统最关键的制约因素。因此，为了提高性能，DDR控制器就做得越来越复杂。

Storage

可以永久存储的外存

深挖过内存之后，再转到eMMC的外存。幽兰出厂的时候，我们是把Linux内核放在eMMC这个闪存上。eMMC闪存也有一个MMC控制器，源自美国，瑞芯微在很长一段时间内一直使用这个控制器。该控制器形成了一个MMC协议的总线，可以挂多个设备。幽兰上实际挂了3种设备，一种就是eMMC的闪存，另一种是大家的SD卡，有时插，有时不插，还有一种就是wifi。

在讲解外存的过程中，张老师分享了一种适用于启动阶段的优化手段，提高访问的速度。由于时间关系，第一讲不能过于深入地探讨到每一方面，但却可以为我们打开思路，这些东西都是值得我们去研究的。

Power Supply

占用近一半信号的

电源

介绍完RK3588的三大件——SoC、内存、外存后，张老师带着我们从电源的角度进行了深耕。

再回到SoC这位主角身上，在它的数据手册里也给出了外部封装的信号，仍然使用的是BGA模式。它封装后的尺寸是21.45mm * 21.45mm，是一个正方形。封装好的芯片未必是正方形，比如今天英特尔的很多SoC就不是正方形，都是长方形。RK3588还是封装成方方正正的，这样的大小差不多就是2cm * 2cm，它也成为幽兰主板上最大的一块芯片。封装好的格式就叫BGA1088，从命名可以看出，它一共有1088个信号。对比而言，GDK3只有48个信号，幽兰却有一千多个信号，足以看出它的复杂度。当然，在X86上目前是有两千多个信号。我们可以想象，把这样的芯片和主板结合在一起需要很精细的工艺。

这一千多个信号是做什么的呢？首先，前文提到的DDR控制器是需要占一些信号的；然后PCIe也需要占一些信号；还有USB，包括GPU的显示信号，也要占用一些信号；除此之外，大约有四五百个信号都是和电源或者接地有关的。也就是说，这一千多个信号大约有一半是和电源相关的。由此展开了对供电问题的探索，张老师以幽兰使用的双806电源控制方案作为具体的实例来讲解。

Conclude

归纳

RK3588是一款非常牛的SoC，不仅是我们觉得很好，国外的很多同行也觉得它很好。

例如：在著名的tomshardware上面最近有一篇介绍RK3588的文章，这也许是Orange Pi做的宣传，但不管怎么样，RK3588正在全世界流行。因此，大家选择幽兰也是和全世界的同行一起学习，它是当代ARM生态里面性价比很高的一款SoC。

上面两幅图分别为第一讲课程的讲义以及演示的截图。

最后，再引用朱夫子的一段话：“万理虽只是一理，学者且要去那万理中千头万绪都理会，四面凑合来，自见得是一理。不去理会那万理，只管去理会那一理，只是空想像。”

很多人感到迷茫：“张老师，给我出个主意吧，我到底怎样才能提高呢？”就如同朱夫子所说，这只是“空想象”。要确定一个方向，深入下去。如果你要用X86，就选一款X86去学；如果你要用ARM，就选一款ARM。往下深挖，今天弄懂了闪存，明天理解了硬盘，后天学会了printk，这样日积月累，就可融会贯通了。

最后给大家推荐一下幽兰的学习资源，这些文章我们会坚持写下去。

幽兰使用教程：

https://www.nanocode.cn/wiki/docs/youlan

以上是关于RK3588课程第一讲的概述内容，如果大家对后续内容感兴趣，也可以报名参加我们的《在调试器下理解RK3588和LINUX5.10》课程。

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