專利名稱：基于PowerQUICC處理器的PC104+嵌入式計算機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種兼容工業(yè)PC104+標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式CPU模塊，特別 是基于PowerQUICC處理器的PC104+嵌入式計算機系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
PC104是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線。眾所周知 IEEE-P996是PC和PC/AT工業(yè)總線規(guī)范，IEEE協(xié)會將PC104定義 IEEE-P996.1，說明PC104實質(zhì)上就是一種緊湊型的IEEE-P996，其信號定 義和PC/AT基本一致，但電氣和機械規(guī)范卻完全不同，是一種采用小尺寸 結(jié)構(gòu)、堆棧式連接的嵌入式控制系統(tǒng)，被大量用于工業(yè)控制、車載設(shè)備、 軍用電子設(shè)備、通訊設(shè)備、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。PC104有兩個版本，8位和16位，分別與PC和PC/AT相對應(yīng)。PC104十 則與PCI總線相對應(yīng)，在PC104總線的兩個版本中，8位PC104共有64 個總線管腳，單列雙排插針和插孔，Pl: 64針，P2: 40針，合計104個 總線信號，PC104因此得名。PC104+是專為PCI總線設(shè)計的，可以連接 高速外接設(shè)備。PC104PLUS在硬件上通過一個3X40即120孔插座， PC104PLUS包括了 PCI規(guī)范2.1版要求的所有信號。為了向下兼容， PC104PLUS保持了 PC 104的所有特性。通信設(shè)備中嵌入PC104+控制模塊時，大多數(shù)情況下需要通過ISA或 PCI總線擴展一些通信專用接口和控制芯片，如HDLC控制器等?，F(xiàn)有通 用PC104模塊不具有各類通信專用接口；同時由于Freescale公司的PowerQUICC系列處理器在通信領(lǐng)域應(yīng)用很廣泛，已開發(fā)了大量基于 PowerPC處理器的應(yīng)用程序，若設(shè)備中嵌入采用市場現(xiàn)有的通用PC104+ 模塊，由于平臺的不同，還存在一個程序移植的問題。實用新型內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種適合通信設(shè)備嵌入的基于Freescale公司 PowerQUICC處理器的PC104+嵌入式計算機系統(tǒng)，設(shè)計兼容IEEE-P996.1 標(biāo)準(zhǔn)，能提供一套兼容PCI局部總線規(guī)范的i^準(zhǔn)32位PC104+總線擴展 接口，以及一套兼容ISA總線規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)PC104總線擴展接口，可靠性高、 成本低、體積小。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種基于PowerQUICC處理器的PC104+嵌入式計算機系統(tǒng)，其特別 之處在于，包括處理器，還包括復(fù)位模塊，該復(fù)位模塊與處理器連接提供 系統(tǒng)上電復(fù)位和掉電復(fù)位功能；電源模塊，其與處理器連接為系統(tǒng)供電； 實時時鐘模塊，其與處理器連接向其提供時間信息；存儲模塊，其與處理 器連接為系統(tǒng)提供存儲空間；以太網(wǎng)接口模塊，其包括與處理器連接的以 太網(wǎng)芯片和相應(yīng)插座為系統(tǒng)提供外部以太網(wǎng)接口； HDLC控制器模塊，由 處理器上集成的兩個SCC控制器實現(xiàn)ffl)LC控制器功能，并通過外部驅(qū) 動電路連接至專用插座；南橋擴展模塊，包括南橋芯片和與該南橋芯片連 接的IDE接口擴展電路和ISA總線擴展電路，該南橋芯片與處理器連接為 系統(tǒng)提供PCI—ISA橋接功能、PCI—IDE功能、USB Host/Hub功能和增強 的電源管理功能；ISA和PCI總線接口模塊，處理器的ISA總線控制器通 過外部驅(qū)動電路連接至PC104插座，處理器的PCI總線控制器通過外部驅(qū) 動電路連接至PC104+插座；時鐘驅(qū)動電路，其分別與處理器和存儲模塊 連接以提供時鐘信號。還包括其余接口模塊，處理器上的串口、 SPI、 I2C、和USB接口中的 至少一種通過驅(qū)動電路連接至專用或自定義公共總線插座。 其中處理器是MPC8247處理器。其中實時時鐘模塊向MPC8247提供時、分、秒、日歷信息，在系統(tǒng) 掉電后由備用電池供電。其中存儲模塊包括一片512KB啟動FLASH, 16 32MB應(yīng)用程序 FLASH,四片32MB容量的SDRAM。其中以太網(wǎng)接口模塊由MPC8247處理器上集成的兩個FCC控制器實 現(xiàn)MAC控制器功能，通過標(biāo)準(zhǔn)Mil接口和RMII接口連接外部以太網(wǎng)PHY 芯片，提供兩個10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口。其中HDLC控制器模塊由MPC8247處理器上集成的兩個SCC控制器 實現(xiàn)HDLC控制器功能，通過外部驅(qū)動電路連接至專用插座。其中南橋芯片是Intel 82371AB/EB。其中時鐘驅(qū)動電路由鐘振產(chǎn)生處理器要求的66MHz時鐘，通過專用 多路時鐘驅(qū)動芯片CDCVF2505驅(qū)動后產(chǎn)生存儲模塊需要的時鐘信號。本實用新型提供了一套兼容PCI局部總線規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)32位PC104+ 總線擴展接口 ，以及一套兼容ISA總線規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)PC104總線擴展接口 ， 均支持模塊堆棧；還增加了一些專用通訊協(xié)議接口，如64路HDLC控制 器等，可大幅降低成本，提供標(biāo)準(zhǔn)IDE接口，可掛接筆記本硬盤。本系統(tǒng) 不使用散熱片和風(fēng)扇，提高了應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的靈活性和兼容性，且具備可 編程特性，可滿足應(yīng)用中各種變化的要求，功耗優(yōu)化，具有高可靠性、高 效能、低功耗、低成本、體積小等優(yōu)點。


附圖1為本實用新型的功能模塊結(jié)構(gòu)框圖；附圖2為MPC8247處理器內(nèi)部架構(gòu)圖；附圖3為82317AB/EB和主控模塊的連接示意圖。
具體實施方式
本實用新型由兩個主要的功能塊組成MPC8247最小系統(tǒng)和南橋擴展 模塊(IDE和ISA)。參見附圖l。MPC8247最小系統(tǒng)包含有MPC8247處理器、16M Flash (可擴充)， 128M SDRAM (可裁減)，兩個10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口擴展電路，兩 個RS232串口驅(qū)動電路，64路HDLC控制器驅(qū)動電路、電源模塊、實時 時鐘模塊以及時鐘緩沖模塊等；南橋擴展模塊包含有南橋芯片(Intel公司的82371AB/EB)、 IDE接口 擴展電路和ISA總線擴展電路等。為了更清楚的理解本實用新型，
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)內(nèi) 容作進一步詳細的說明。(1)、 MPC8247處理器功能介紹MPC8247處理器內(nèi)部具體架構(gòu)參見附圖2。MPC8247處理器是高性能的PowerPC RISC處理器，由處理器內(nèi)核 G2一LE Core、系統(tǒng)接口單元SIU、通信處理器模塊CPM以及內(nèi)部互連總 線組成。G2_LE Core核心MPC603e集成16KB的指令緩存和16KB的數(shù)據(jù)緩 存，具有內(nèi)存管理單元MMU,浮點運算單元FPU,通用片上處理器測試 接口 COP等，核心運行頻率為266—400MHz。G2—LE Core核心功耗很低，總線頻率為100MHz,核心運行頻率為 400MHz時，最大功耗為1.5W。SIU模塊包括存儲器控制器(支持多種類型的存儲器)，總線接口單元BIU (具有64位數(shù)據(jù)總線和32位地址總線)，60x總線一PCI總線橋接控 制器(可編程為PCI主控器或從設(shè)備)，時鐘定時器、JTAG控制器接口以及其它的系統(tǒng)功能。CPM通信處理模塊包括一個32位的RISC控制器(獨立存在，不影 響G2—LE Core的性能)，與G2_LE Core通過16KB的雙端口 RAM和DMA 控制器接口，具有優(yōu)化指令集，適合通信設(shè)備接口控制。CPM還具有兩個 串行DMA通道SDMA;兩個全雙工串行快速通信控制器FCC (支持ATM 協(xié)議，10/100M以太網(wǎng)協(xié)議、HDLC協(xié)議和透明傳輸協(xié)議)；三個全雙工串 行通信控制器SCC (支持IEEE802.3/Ethemet協(xié)議、HDLC協(xié)議、UART 協(xié)議和透明傳輸協(xié)議等)；兩個全雙工串行管理控制器SMC (支持UART 協(xié)議和透明傳輸協(xié)議)； 一個USB控制器； 一個串行外設(shè)接口控制器SPI 和一個I2C總線控制器。(2) 、復(fù)位模塊。包括以下功能上電復(fù)位保障系統(tǒng)加電時能正確 地啟動。掉電復(fù)位當(dāng)電源失效或電壓降到某一電壓值以下時，產(chǎn)生復(fù)位 信號對系統(tǒng)進行復(fù)位。具體由MAX811S實現(xiàn)。(3) 、電源模塊。由插座引入+5V電源，輸入電壓應(yīng)在4.75￥ 5.25￥ 之間，單模塊輸入電流不小于2A。由MAX1623實現(xiàn)+5V到+3.3V轉(zhuǎn)換； 由MAX1793實現(xiàn)+5V到+ 1.5V轉(zhuǎn)換。(4) 、實時時鐘模塊?；竟δ苁窍騇PC8247提供時、分、秒、日 歷等時間信息，在系統(tǒng)掉電以后由片內(nèi)或片外的備用電池供電，繼續(xù)保持 片內(nèi)時鐘的運行。使用南橋芯片內(nèi)置的實時時鐘實現(xiàn)。(5) 、存儲模塊。包括一片512KB啟動FLASH, 16 32MB應(yīng)用程 序FLASH,四片32MB容量的SDRAM (可裁減)。(6) 、以太網(wǎng)接口模塊。由MPC8247處理器上集成的兩個FCC控制 器實現(xiàn)MAC控制器功能，通過標(biāo)準(zhǔn)MI接口和RJVffl接口連接外部以太網(wǎng)PHY芯片，提供兩個10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口。(7) 、 HDLC控制器模塊。由MPC8247處理器上集成的兩個SCC控 制器實現(xiàn)HDLC控制器功能，通過外部驅(qū)動電路連接至板上專用插座。(8) 、其余接口模塊。MPC8247處理器上的其余接口如串口、 SPI、 I2C、 USB等，通過驅(qū)動電路連接至專用或自定義公共總線插座，用戶可 自行選擇使用。(9) 、南橋芯片82371AB/EB功能介紹82317AB/EB是一個多功能的PCI設(shè)備。實現(xiàn)了如下的功能PCI—ISA 橋接功能，PCI—IDE功能，USBHost/Hub功能和增強的電源管理功能。當(dāng)作為PCI—ISA橋接控制器時，支持33MHz PCI Rev 2.1 Specification 局部總線規(guī)范，實現(xiàn)了全功能ISA總線接口，同時片內(nèi)集成了2個82C37 DMA控制器、兩個82C59中斷控制器、 一個82C54定時器/計數(shù)器和和一 個實時時鐘。82317AB/EB內(nèi)部集成的IDE控制器可提供兩個IDE接口 ， 支持四個獨立的IDE設(shè)備同時工作在總線主控器模式。最高支持PIO Mode 4工作模式，最高傳輸速率為14MB/s;支持UltraDMA33同步DMA模式， 最高傳輸速率為33MB/s。IDE接口通過外部驅(qū)動電路連接至板上IDE插座，可掛接筆記本硬盤。82317AB/EB和主控模塊的連接示意圖參見附圖3。(10) 、 ISA和PCI總線接口模塊。ISA總線通過外部驅(qū)動電路連接至 板上PC104插座；PCI總線通過外部驅(qū)動電路連接至板上PC104+插座。(11) 、時鐘驅(qū)動電路。由鐘振產(chǎn)生主處理器要求的66MHz時鐘，通 過專用多路時鐘驅(qū)動芯片CDCVF2505驅(qū)動后產(chǎn)生各存儲芯片需要的時鐘 信號。本系統(tǒng)可提供基于Linux和VxWorks操作系統(tǒng)的BSP。用戶可在BSP 之上開發(fā)自己的應(yīng)用程序。
權(quán)利要求1. 一種基于PowerQUICC處理器的PC104+嵌入式計算機系統(tǒng)，其特征在于包括處理器，還包括復(fù)位模塊，該復(fù)位模塊與處理器連接提供系統(tǒng)上電復(fù)位和掉電復(fù)位功能；電源模塊，其與處理器連接為系統(tǒng)供電；實時時鐘模塊，其與處理器連接向其提供時間信息；存儲模塊，其與處理器連接為系統(tǒng)提供存儲空間；以太網(wǎng)接口模塊，其包括與處理器連接的以太網(wǎng)芯片和相應(yīng)插座為系統(tǒng)提供外部以太網(wǎng)接口；HDLC控制器模塊，由處理器上集成的兩個SCC控制器實現(xiàn)HDLC控制器功能，并通過外部驅(qū)動電路連接至專用插座；南橋擴展模塊，包括南橋芯片和與該南橋芯片連接的IDE接口擴展電路和ISA總線擴展電路，該南橋芯片與處理器連接為系統(tǒng)提供PCI-ISA橋接功能、PCI-IDE功能、USB Host/Hub功能和增強的電源管理功能；ISA和PCI總線接口模塊，處理器的ISA總線控制器通過外部驅(qū)動電路連接至PC104插座，處理器的PCI總線控制器通過外部驅(qū)動電路連接至PC104+插座；時鐘驅(qū)動電路，其分別與處理器和存儲模塊連接以提供時鐘信號。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于PowerQUICC處理器的PC104+嵌入式計 算機系統(tǒng)，其特征在于還包括其余接口模塊，處理器上的串口、 SPI、 I2C、和USB接口中的至少一 種通過驅(qū)動電路連接至專用或自定義公共總線插座。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的基于PowerQUICC處理器的PC104+嵌入 式計算機系統(tǒng)，其特征在于-其中處理器是MPC8247處理器。
4、 如權(quán)利要求3所述的基于PowerQUICC處理器的PC104+嵌入式計 算機系統(tǒng)，其特征在于其中存儲模塊包括一片512KB啟動FLASH， 16 32MB應(yīng)用程序 FLASH,四片32MB容量的SDRAM。
5、 如權(quán)利要求3所述的基于PowerQUICC處理器的PC104+嵌入式計 算機系統(tǒng)，其特征在于其中以太網(wǎng)接口模塊由MPC8247處理器上集成的兩個FCC控制器實 現(xiàn)MAC控制器功能，通過標(biāo)準(zhǔn)Mil接口和RMII接口連接外部以太網(wǎng)PHY 芯片，提供兩個10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口。
6、 如權(quán)利要求3所述的基于PowerQUICC處理器的PC104+嵌入式計 算機系統(tǒng)，其特征在于其中HDLC控制器模塊由MPC8247處理器上集成的兩個SCC控制器 實現(xiàn)HDLC控制器功能，通過外部驅(qū)動電路連接至專用插座。
7、 如權(quán)利要求3所述的基于PowerQUICC處理器的PC104+嵌入式計 算機系統(tǒng)，其特征在于其中南橋芯片是Intel 82371AB/EB。
專利摘要本實用新型涉及一種兼容工業(yè)PC104+標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式CPU模塊，特別是基于PowerQUICC處理器的PC104+嵌入式計算機系統(tǒng)，包括處理器，其特點是，還包括復(fù)位模塊、電源模塊、實時時鐘模塊、存儲模塊、以太網(wǎng)接口模塊、HDLC控制器模塊、南橋擴展模塊、ISA和PCI總線接口模塊、和時鐘驅(qū)動電路，本系統(tǒng)不使用散熱片和風(fēng)扇，提高了應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的靈活性和兼容性，且具備可編程特性，可滿足應(yīng)用中各種變化的要求，功耗優(yōu)化，具有高可靠性、高效能、低功耗、低成本、體積小等優(yōu)點。
文檔編號G06F13/40GK201126571SQ20072012630
公開日2008年10月1日 申請日期2007年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者張曉龍 申請人:西安大唐電信有限公司