車載和便攜設(shè)備嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1． 龍芯2F 措置器的功能與特點(diǎn)

　　本系統(tǒng)采用的龍芯2F（LOONGSON-2F ）措置器，是中國(guó)科學(xué)院計(jì)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(guó)內(nèi)首個(gè)采用了90nmCMOS 設(shè)計(jì)工藝，面積為35nm2，典型工作頻率800MHz 下實(shí)測(cè)功耗為4~5W ，最高工作頻率可達(dá)1G；最高浮點(diǎn)運(yùn)算速度為每秒40/80 億次雙/單精度浮點(diǎn)運(yùn)算，片內(nèi)集成了PCI/PCIX 等IO 節(jié)制器，并集成片上二級(jí)CACHE、DDR2 內(nèi)存節(jié)制器，很是適合高端嵌入式規(guī)模。

　　2． 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架

龍芯2F（LOONGSON-2F ）措置器為整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)制中心，并承擔(dān)所稀有據(jù)的措置使命。系統(tǒng)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)該芯片帶有看門狗功能。系統(tǒng)內(nèi)存是經(jīng)由過(guò)程措置器內(nèi)部集成的DDR2 節(jié)制器擴(kuò)展，考慮到PCB 印制板的面積和訪存更高的帶寬需求，采用4 片16bit 位寬的內(nèi)存顆粒方案，內(nèi)存容量取決于采用顆粒的容量，最年夜可撐持1GB 內(nèi)存，其工作頻率為300MHz 。經(jīng)由過(guò)程措置器供給的LOCAL BUS 擴(kuò)展512KB Flash ROM 用于系統(tǒng)BIOS 存儲(chǔ)。

　　2．1 系統(tǒng)電源

　　無(wú)論是車載仍是便攜設(shè)備均需需采用直流電源供電，是以，節(jié)能和和高效是電源設(shè)計(jì)的主題。圖1 的電源模塊可見(jiàn)，本系統(tǒng)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?yàn)榻?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(guī)設(shè)計(jì)，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)線性電源（LDO）發(fā)生，本系統(tǒng)均改成效率較高的開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率，實(shí)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的功耗節(jié)制在10W 以內(nèi)。

　　2 系統(tǒng)接口

　　1、系統(tǒng)經(jīng)由過(guò)程多功能顯示節(jié)制芯片SM502 驅(qū)動(dòng)各類接口，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(jié)制）、一個(gè)UBS1.1 接口、一個(gè)尺度RS232 串口和一個(gè)調(diào)試串口（均由SP3232 芯片節(jié)制）、VGA 和LCD 顯示接口、ZV 視頻接口（由SSA7118 芯片節(jié)制）。

　　2、系統(tǒng)經(jīng)由過(guò)程PCI BUS 采用RTL8139D 作為以太網(wǎng)節(jié)制芯片，供給10/100M 以太網(wǎng)接口。3、系統(tǒng)經(jīng)由過(guò)程PCI BUS 采用uPD720102 作為USB 節(jié)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(jī)節(jié)制器芯片，供給一個(gè)SD/MMC 接口

3． 系統(tǒng)軟件

　　本系統(tǒng)運(yùn)行在LINUX DEBIAN4.0 操作系統(tǒng)下，其內(nèi)核為L(zhǎng)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(nèi)存節(jié)制器、收集節(jié)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(duì)內(nèi)存的讀寫校驗(yàn)、板載Flash 的擦寫、IP設(shè)置、串口設(shè)置以及跟主機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，搜羅上傳、下傳文件、領(lǐng)受主機(jī)下達(dá)指令等等。經(jīng)由過(guò)程PMON2000的內(nèi)部呼吁將LINUX 2.6.21 內(nèi)核裝入內(nèi)存。

　　在內(nèi)存條上有一個(gè)ROM,里面保留著內(nèi)存巨細(xì)、行地址數(shù)、列地址數(shù)、內(nèi)存的bank 數(shù)等信息，這些信息可以經(jīng)由過(guò)程I2C 總線來(lái)訪謁到。作為一種通用設(shè)計(jì)方案，要求能撐持各類分歧類型的內(nèi)存條。而在系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)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(xiàn)對(duì)內(nèi)存（DIMM）條信息的讀取。并操作讀取到的信息對(duì)龍芯2F 措置器的DDR2 節(jié)制器進(jìn)行設(shè)置裝備擺設(shè)，收到精采的下場(chǎng)。經(jīng)測(cè)試，今朝該系統(tǒng)撐持市場(chǎng)上的所有類型的內(nèi)存條。

4．旌旗燈號(hào)完整性設(shè)計(jì)

　　因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)模塊電路體積較小，而電路的工作頻率較高，是以整個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)旌旗燈號(hào)的完整性有嚴(yán)酷的要求。龍芯2F 措置器的DDR2 內(nèi)存總路線工作頻率高達(dá)300MHz ，這部門電路是高速電路設(shè)計(jì)的一個(gè)瓶頸，對(duì)這部門電路仿真的功效根基上可以反映出整個(gè)電路旌旗燈號(hào)傳輸?shù)南聢?chǎng)。下面以DDR2 節(jié)制旌旗燈號(hào)為例，描述該問(wèn)題采納的設(shè)計(jì)體例和流程。

　　在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中，首先操作龍芯2F 的IBIS 模子和仿真工具[4]預(yù)先確定關(guān)頭旌旗燈號(hào)的走線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和匹配體例，由此來(lái)擬定PCB 布線的約束。先提取PCB 布線前的仿真模子，經(jīng)由過(guò)程不雅察看對(duì)應(yīng)的仿真功效波形，可確定獲得較好旌旗燈號(hào)質(zhì)量的走線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和匹配電路參數(shù)。完成PCB 布線后，再提取現(xiàn)實(shí)拓?fù)溥M(jìn)行仿真，提取后的拓?fù)湟?jiàn)圖3 所示。此時(shí)模子已搜羅PCB 板的疊層和阻抗節(jié)制信息，并對(duì)現(xiàn)實(shí)過(guò)孔進(jìn)行了建模。經(jīng)由過(guò)程調(diào)整走線并不雅察看仿真功效可獲得最終最佳的走線。圖4 給出了調(diào)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(hào)質(zhì)量，同時(shí)driver 端的過(guò)沖現(xiàn)象也在可接管的規(guī)模內(nèi)。最后在現(xiàn)實(shí)板極調(diào)試中再測(cè)量現(xiàn)實(shí)旌旗燈號(hào)波形，經(jīng)由過(guò)程調(diào)整匹配元件進(jìn)行微調(diào)來(lái)確?，F(xiàn)實(shí)旌旗燈號(hào)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(hào)完整性帶來(lái)的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，降低調(diào)試難度。本文稿中所有仿真IC modeling 參數(shù)為typical，driver 的激勵(lì)旌旗燈號(hào)為133MHz 周期旌旗燈號(hào)。

　　6．小結(jié)

　　本文介紹了基于龍芯2F 措置器的車載和便攜設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程，首要對(duì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、軟件系統(tǒng)、旌旗燈號(hào)的完整性設(shè)計(jì)、提高整機(jī)效率等關(guān)頭手藝進(jìn)行了闡述。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，既能自力工作又供給了矯捷的擴(kuò)展接口，具有很年夜的應(yīng)用前景。