基于龍芯車(chē)載和便攜設備嵌入式系統設計

1.龍芯2F 措置器的功能與特點(diǎn)

本系統采用的龍芯2F（LOONGSON-2F ）措置器，是中國科學(xué)院計較手藝研究所最新發(fā)布的一款64 位MIPSⅢ指令集的通用RISC 微措置器。該措置器在國內首個(gè)采用了90nmCMOS 設計工藝，面積為35nm2，典型工作頻率800MHz 下實(shí)測功耗為4~5W ，最高工作頻率可達1G；最高浮點(diǎn)運算速度為每秒40/80 億次雙/單精度浮點(diǎn)運算，片內集成了PCI/PCIX 等IO 節制器，并集成片上二級CACHE、DDR2 內存節制器，很是適合高端嵌入式規模。

2.系統硬件結構設計系統的結構框架

龍芯2F（LOONGSON-2F ）措置器為整個(gè)系統的節制中心，并承擔所稀有據的措置使命。系統經(jīng)由過(guò)程ICS950220 時(shí)鐘合成器發(fā)生主板上各芯片所需的時(shí)鐘，同時(shí)該芯片帶有看門(mén)狗功能。系統內存是經(jīng)由過(guò)程措置器內部集成的DDR2 節制器擴展，考慮到PCB 印制板的面積和訪(fǎng)存更高的帶寬需求，采用4 片16bit 位寬的內存顆粒方案，內存容量取決于采用顆粒的容量，最年夜可撐持1GB 內存，其工作頻率為300MHz 。經(jīng)由過(guò)程措置器供給的LOCAL BUS 擴展512KB Flash ROM 用于系統BIOS 存儲。

2．1 系統電源

無(wú)論是車(chē)載仍是便攜設備均需需采用直流電源供電，是以，節能和和高效是電源設計的主題。圖1 的電源模塊可見(jiàn)，本系統主板采用了+5V 的直流適配器作為供電電源，供給CPU 使用的1.2V 和供給接口電路使用的3.3V 直流電源因為經(jīng)由過(guò)程的電流斗勁年夜，均采用效率較高的開(kāi)關(guān)電源。按照常規設計，供給DDR2 和SM502 使用的1.8V 電源由3.3V 電源引入，分袂由兩個(gè)線(xiàn)性電源（LDO）發(fā)生，本系統均改成效率較高的開(kāi)關(guān)電源實(shí)現，提高了整個(gè)系統的效率，實(shí)測整個(gè)系統的功耗節制在10W 以?xún)取?/P>

3.系統接口

1、系統經(jīng)由過(guò)程多功能顯示節制芯片SM502 驅動(dòng)各類(lèi)接口，SM502 可經(jīng)由過(guò)程PCI BUS 直接與措置器相連，撐持2D 顯示加速，可供給：AC97 尺度音頻接口（經(jīng)由過(guò)程ALC203 芯片節制）、一個(gè)UBS1.1 接口、一個(gè)尺度RS232 串口和一個(gè)調試串口（均由SP3232 芯片節制）、VGA 和LCD 顯示接口、ZV 視頻接口（由SSA7118 芯片節制）。

2、系統經(jīng)由過(guò)程PCI BUS 采用RTL8139D 作為以太網(wǎng)節制芯片，供給10/100M 以太網(wǎng)接口。3、系統經(jīng)由過(guò)程PCI BUS 采用uPD720102 作為USB 節制器芯片，供給三個(gè)USB2.0 接口。其中一路USB接口經(jīng)由過(guò)程AU6331 讀卡機節制器芯片，供給一個(gè)SD/MMC 接口

4.系統軟件

本系統運行在LINUX DEBIAN4.0 操作系統下，其內核為L(cháng)INUX 2.6.21。將Bootloarder–PMON2000 燒制在板載的BIOS ROM 中，加電后自動(dòng)完成措置器、緩存、內存節制器、收集節制器等初始化工作。同時(shí)PMON2000 擁有少量行呼吁集，用于啟動(dòng)后對內存的讀寫(xiě)校驗、板載Flash 的擦寫(xiě)、IP設置、串口設置以及跟主機之間進(jìn)行數據通信，搜羅上傳、下傳文件、領(lǐng)受主機下達指令等等。經(jīng)由過(guò)程PMON2000的內部呼吁將LINUX 2.6.21 內核裝入內存。

在內存條上有一個(gè)ROM,里面保留著(zhù)內存巨細、行地址數、列地址數、內存的bank 數等信息，這些信息可以經(jīng)由過(guò)程I2C 總線(xiàn)來(lái)訪(fǎng)謁到。作為一種通用設計方案，要求能撐持各類(lèi)分歧類(lèi)型的內存條。而在系統的調試過(guò)程中，我們發(fā)現SM502 芯片的I2C 邏輯有bug 。是以采用SM502 的gpio 來(lái)模擬I2C 時(shí)序，實(shí)現對內存（DIMM）條信息的讀取。并操作讀取到的信息對龍芯2F 措置器的DDR2 節制器進(jìn)行設置裝備擺設，收到精采的下場(chǎng)。經(jīng)測試，今朝該系統撐持市場(chǎng)上的所有類(lèi)型的內存條。

5.旌旗燈號完整性設計

因為整個(gè)系統模塊電路體積較小，而電路的工作頻率較高，是以整個(gè)設計對旌旗燈號的完整性有嚴酷的要求。龍芯2F 措置器的DDR2 內存總路線(xiàn)工作頻率高達300MHz ，這部門(mén)電路是高速電路設計的一個(gè)瓶頸，對這部門(mén)電路仿真的功效根基上可以反映出整個(gè)電路旌旗燈號傳輸的下場(chǎng)。下面以DDR2 節制旌旗燈號為例，描述該問(wèn)題采納的設計體例和流程。

在現實(shí)設計中，首先操作龍芯2F 的IBIS 模子和仿真工具[4]預先確定關(guān)頭旌旗燈號的走線(xiàn)拓撲結構和匹配體例，由此來(lái)擬定PCB 布線(xiàn)的約束。先提取PCB 布線(xiàn)前的仿真模子，經(jīng)由過(guò)程不雅察看對應的仿真功效波形，可確定獲得較好旌旗燈號質(zhì)量的走線(xiàn)拓撲結構和匹配電路參數。完成PCB 布線(xiàn)后，再提取現實(shí)拓撲進(jìn)行仿真，提取后的拓撲見(jiàn)圖3 所示。此時(shí)模子已搜羅PCB 板的疊層和阻抗節制信息，并對現實(shí)過(guò)孔進(jìn)行了建模。經(jīng)由過(guò)程調整走線(xiàn)并不雅察看仿真功效可獲得最終最佳的走線(xiàn)。圖4 給出了調整后的仿真功效，可以不雅察看到在receiver 端獲得了較好的旌旗燈號質(zhì)量，同時(shí)driver 端的過(guò)沖現象也在可接管的規模內。最后在現實(shí)板極調試中再測量現實(shí)旌旗燈號波形，經(jīng)由過(guò)程調整匹配元件進(jìn)行微調來(lái)確?，F實(shí)旌旗燈號質(zhì)量的靠得住性。實(shí)踐剖明，基于這種體例和流程能削減旌旗燈號完整性帶來(lái)的設計風(fēng)險，降低調試難度。本文稿中所有仿真IC modeling 參數為typical，driver 的激勵旌旗燈號為133MHz 周期旌旗燈號。

6.小結

本文介紹了基于龍芯2F 措置器的車(chē)載和便攜設備系統設計過(guò)程，首要對系統硬件結構、軟件系統、旌旗燈號的完整性設計、提高整機效率等關(guān)頭手藝進(jìn)行了闡述。該系統結構緊湊，既能自力工作又供給了矯捷的擴展接口，具有很年夜的應用前景。