專利名稱：基于PowerPC處理器的PC104-plus控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)及民用PC104控制器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及使用 PowerPC處理器作為CPU器件、使用DOC盤作為非遺失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件以及使用 圖形控制器構(gòu)成LCD視頻輸出及其數(shù)據(jù)處理裝置。
背景技術(shù)：
PC/104是一種工業(yè)計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)。第一塊PC104產(chǎn)生于1987年，但嚴(yán) 格意義的規(guī)范說(shuō)明在1992年才公布。1992年IEEE開始著手為PC和PC/AT總線 制定一個(gè)精筒的IEEEP996標(biāo)準(zhǔn)(草稿)，PC104作為基本文件被采納，叫做IEEE P996.1兼容PC嵌入式模塊標(biāo)準(zhǔn)。PC104實(shí)質(zhì)上就是一種緊湊型的IEEE-P996, 其信號(hào)定義和PC/AT基本一致，但電氣和機(jī)械規(guī)范卻完全不同，是一種優(yōu)化的、 小型、堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的PC104控制器的設(shè)計(jì)方法是X86處理器+北橋片+圖形控制器以及 SDRAM、 FLASH和磁盤構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)，同時(shí)根據(jù)外部接口的不同再增加接口擴(kuò)展 芯片。例如，其擴(kuò)展一個(gè)以太網(wǎng)接口就需要再使用一片集成MAC和PHY的器件。
MPC8 2 7 0器件是Mo t o r o 1 a研發(fā)的 一款適合于通信領(lǐng)域進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的高性 能PowerPC處理器。在長(zhǎng)期的通信領(lǐng)域應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。其功耗非常低 (3W以下)，高度集成了各種流行的通信接口，通過(guò)外部器件的簡(jiǎn)單擴(kuò)展就可 以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PC104控制器的各種功能。
DOC是Disk On Chips的英文簡(jiǎn)寫，意思為電子磁盤。它是由集成電路設(shè)計(jì) 而成，以取代傳統(tǒng)的磁介子磁盤，具有體積小工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。最早由以色列 M-SYSTEMS的發(fā)明及實(shí)現(xiàn)的，目前主要用于嵌入式系統(tǒng)、工控主板、網(wǎng)絡(luò)終端機(jī)、機(jī)頂盒等。
圖形控制器就是把CPU的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為RGB圖形或模擬視頻信號(hào)的專用集 成電路。其最早應(yīng)用于個(gè)人電腦中。
現(xiàn)代工業(yè)及民用控制領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理及傳輸提出了更高的要求，數(shù) 據(jù)處理算法趨于更加復(fù)雜，對(duì)設(shè)備的功耗要求越來(lái)越低。傳統(tǒng)的PC104控制器都 是使用intel公司的X86處理器實(shí)現(xiàn)，其早期的產(chǎn)品使用486及以下控制器，由于 其生產(chǎn)工藝已經(jīng)停用以及性能偏低，滿足不了當(dāng)前工業(yè)及控制領(lǐng)域的需求。而 其Pentium系列及以后的處理器雖然性能越來(lái)越強(qiáng)，但由于其功耗很大且對(duì)外部 內(nèi)存及硬盤的需求提出了更高的需求，已經(jīng)不適合應(yīng)用在PC104結(jié)構(gòu)的設(shè)備中。 但在工業(yè)及控制領(lǐng)域，其控制系統(tǒng)大多都是基于PC104架構(gòu)的設(shè)備建立的，對(duì)于 比傳統(tǒng)PC104控制器具有更高性能的PC104架構(gòu)處理器設(shè)備仍有著強(qiáng)烈的需求。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于傳統(tǒng)基于X86構(gòu)架的PC104控制器技術(shù)所存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目 的是提供一種基于PowerPC處理器的PC104-plus控制器裝置，以形成更高性能 PC104控制器，提高數(shù)據(jù)處理及傳輸能力，并提供更豐富的外部接口。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的由MPC8270處理器電路、 MB86295S圖形控制器及其外部16M字節(jié)/32-bit的顯存器件電路、MD2533 DOC 盤電路、MPC8270處理器的128M字節(jié)的SDRAM電路、MPC8270處理器的 16M字節(jié)的FLASH程序存儲(chǔ)器電路、RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘及EEPR()M電路、以太網(wǎng) 接口電路和60x總線互聯(lián)的CPLD器件電路組成；還包括1個(gè)ISA接口 、 1個(gè) PCI接口、 3個(gè)RS-232接口和2個(gè)以太網(wǎng)接口。再實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際 需求。靈活選用RS-232接口 、以太網(wǎng)接口 、 ISA總線接口或PCI接口與其他板卡或設(shè)備通信，增強(qiáng)了 PC104控制器的應(yīng)用范圍和靈活性。

圖1:為現(xiàn)有技術(shù)所述基于PowerPC處理器的PC104-plus控制器板卡結(jié)構(gòu)
示意圖。 圖2: CPU小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖3: LCD視頻接口連接器針腳定義。 圖4: LCD連接器位置示意圖； 圖5: DOC盤硬件實(shí)現(xiàn)電路圖； 圖6:外部連接器在板卡上的位置圖； 圖7: RS-232接口電路圖； 圖8:以太網(wǎng)接口電路圖； 圖9: PCI總線信號(hào)擴(kuò)展電路圖 圖10: 60X總線實(shí)現(xiàn)ISA總線結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所述的數(shù)據(jù)總線轉(zhuǎn)接卡，其具體實(shí)施方式
如圖l所示 由MPC8270處理器作為中央處理器CPU電路，128M字節(jié)/64-bit的SDRAM 電路構(gòu)成的CPU內(nèi)存單元電路，16M字節(jié)/16-bit的FLASH構(gòu)成CPU的程序存 儲(chǔ)器電路，MB86295S圖形控制器和一片16M字節(jié)/32-bit SDRAM顯存器件構(gòu) 成的圖形顯示單元電路，CPLD實(shí)現(xiàn)的ISA總線接口電路，I2C接口實(shí)現(xiàn)的RTC 實(shí)時(shí)時(shí)鐘和EEPROM電路，RS-232接口電路，以太網(wǎng)接口電路和PCI接口電 路組成。
本實(shí)用新型電路中，MPC8270處理與128M字節(jié)/64-bit的SDRAM電路及16M字節(jié)/16-bit的FLASH電路構(gòu)成最基本的CPU小系統(tǒng)。SDRAM器件和 FLASH器件都掛接在MPC8270處理器的60X總線上；FLASH器件存儲(chǔ)程序代 碼，SDRAM用來(lái)運(yùn)行代碼；CPU啟動(dòng)時(shí)從FLASH中讀取代碼并拷貝到SDRAM 中，然后執(zhí)行代碼，完成系統(tǒng)啟動(dòng)。CPU小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示
本實(shí)用新型電路中，圖形顯示接口由MPC8270片上集成的PCI主控制器與 MB86295S的PCI接口直接互聯(lián)，完成處理器對(duì)MB86295S的控制及數(shù)據(jù)傳輸； MB86295S通過(guò)其自身的一個(gè)32-bit的SDRAM接口，擴(kuò)展一片16M字節(jié)的 SDRAM作為圖形顯存；MB86259S與LCD連接使用24-bit的RGB信號(hào)，通過(guò) 一個(gè)50針的連接器與外部LCD互聯(lián)。圖3為L(zhǎng)CD連接器針腳定義圖。圖4給 出了該連接器在板上的位置示意圖。
MD2533 DOC盤通過(guò)60X總線完成與MPC8270處理器的互聯(lián)，形成一個(gè) 16-bit位寬，容量為1G字節(jié)的非遺失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，處理器對(duì)D()C盤采用一 個(gè)128K的窗口完成對(duì)1GB空間的尋址能力。在實(shí)際應(yīng)用中，操作系統(tǒng)通過(guò) TureFFS文件管理系統(tǒng)完成對(duì)此1GB空間管理。圖5給出了 MPC8270與MD2533 的信號(hào)連接方式。
另外，本實(shí)用新型所述的基于PowerPC處理器的PC104-plus控制器板卡還 包括了 3路RS-232接口 、 2路以太網(wǎng)接口 、 ISA總線接口和PCI總線接口 。這 些接口在板卡上的位置如圖6所示。
其中3路對(duì)外RS-232接口由MPC8270處理器的SCC接口實(shí)現(xiàn)。通過(guò)軟件 控制使片上的SCC1 SCC3三個(gè)接口設(shè)置為UART模式，并在外部擴(kuò)展2片 SP3232EEA，把TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換為V.28電平信號(hào)并于連接器連接，就形成了三個(gè) RS-232接口 。其接口轉(zhuǎn)換電路如圖7所示。
2路以太網(wǎng)接口通過(guò)使用MPC8270片上集成的FCC1和FCC2兩個(gè)接口使用，并配置其工作于MII模式，然后與兩片以太網(wǎng)物理層芯片(KSZ8041TLI) 連接，并在接口上增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)變壓器H1102就形成了兩個(gè)以太網(wǎng)接口。圖8 給出了 一路以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)的電路圖。第二路實(shí)現(xiàn)方法與第 一 路相同。
PCI總線接口直接使用MPC8270的PCI總線實(shí)現(xiàn)，由于MPC8270的PCI 總線只能外部掛接三個(gè)PCI從設(shè)備，PC104總線規(guī)范規(guī)定支持外部4個(gè)PCI從 設(shè)備，由于實(shí)用新型板上使用了一個(gè)PCI總線接口的圖形控制器，它占用一個(gè) PCI從設(shè)備接口，因此我們需要對(duì)PCI總線信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展。本實(shí)用新型在板卡上 使用一片AT209S器件完成信號(hào)擴(kuò)展功能。其擴(kuò)展電路如圖9所示。其中 PC104-PLUS連接器的4路IDSEL信號(hào)由PCI總線的PCI—AD[16:19]實(shí)現(xiàn)，信號(hào) REQ[0:3]、 GNT[0:3]和CLCK[0:3]中的REQ[0:2]、 GNT[:0:2]和CLCK[0:31由 AT209S擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，REQ[3]、 GNT[3]使用MPC8270的PCI總線接口的REQO和 GNTO實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型電路的ISA接口由MPC8270的60X總線經(jīng)一片CPLD器件簡(jiǎn) 單處理后與Jl/J2連接器器的對(duì)應(yīng)引腳連接。其實(shí)現(xiàn)的邏輯框圖如圖IO所示。 由于ISA總線沒(méi)有片選信號(hào)，我們把MPC8270的CS5片選空間定義為10空間、 CS6片選空間定義為Memory空間，當(dāng)需要對(duì)IO設(shè)備操作時(shí)，我們使用MPC8270 的CS5映射的空間；當(dāng)需要對(duì)Memory設(shè)備操作時(shí)，我們使用MPC8270的CS6 映射的空間。CS5信號(hào)同時(shí)控制ISA一IOR和ISA一IOW信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)由CS5 分別與MPC8270的PQII—POE和PQII—PSDWE組合形成，其VHDL語(yǔ)法為 ISA—I0R<=CS5 AND PQII—P0E;ISA_I0W<=CS5 AND PQII PSD WE 。 CS6信號(hào) 同時(shí)控制ISA—MEMR和ISA—MEMW信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)由CS6分別與MPC8270 的PQII—POE和PQII—PSDWE組合形成，其VHDL語(yǔ)法為ISA—MEMR<::€S6 AND PQIIPOE; ISA—MEMW<=CS6 AND PQII—PSD WE。當(dāng)CS5控制的10為16-bit位寬時(shí)，數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)的VHDL語(yǔ)法為IF(CS=， 0' AND PQII—POE=' 0，) THENPQII—D[0:15]<=ISA—D[0:15]; ELSIF( CS=， 0， AND PQII—PSDWE一 0，) THEN ISA—D[0:15] <=PQII—D[0:15]; ELSE PQII—D[0:15]<=H"ZZZZ，，； END IF; 當(dāng)CS5控制的10為8-bit位寬時(shí)，數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)的VIIDL語(yǔ)法為IF(CS=， 0' AND PQII—POE=， 0，) THEN PQII—D[0:7]<= ISA—D[7:0|; ELSIF( CS=， 0， AND PQII—PSDWE=， 0' ) THEN ISA D| 7:0] PQII—D[0:7，； I':LSE PQII—D[0:7|<=H" ZZ"; END IF; CS6控制的Memory空間的數(shù)據(jù)處理方式與CS5的空間相同， 只需要把VHDL語(yǔ)法中的CS5換成CS6就可以了。對(duì)于地址線及中斷線，其處 理方式的VHDL語(yǔ)法為ISA—A[19:0]<=PQn—A[A12:31]; PQIIPC[0:11 ，<=ISAIRQ〖3:14。
RTC電路使用ST公司的M41ST85WMH6器件實(shí)現(xiàn)，該器件掛在MPC8270 的I2C總線上，同時(shí)為M41ST85WMH6配置一個(gè)電池器件M4T32BR12SII6, 當(dāng)板卡焊接完畢時(shí)，直接把M4T32BR12SH6扣在M41ST85WMI16器件上就可 以。電池在板卡掉電時(shí)給M41ST85WMH6供電，4吏其繼續(xù)計(jì)時(shí)。以保證時(shí)間計(jì) 數(shù)的連續(xù)性。從而給CPU提供一個(gè)準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)。
EEPROM器件使用ATMEL公司的AT24C16A。它用來(lái)保存操作系統(tǒng)需要的基 本配置參數(shù)，以備使用者給板卡配置不同的參數(shù)使用。它具有掉電不丟失數(shù)據(jù) 的特性。
權(quán)利要求1、一種基于PowerPC處理器的PC104-plus控制器，本處理器為標(biāo)準(zhǔn)PC104-plus尺寸結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括PowerPC系列處理器MPC8270或MPC8280，所述PowerPC系列處理器MPC8270或MPC8280連接有MB8629X系列圖形控制器、大容量非遺失存儲(chǔ)器、60X總線、PCI總線接口電路、RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘及EEPROM電路、多路RS-232異步通信接口和多路10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PowerPC處理器的PC104-plus控制器，其 特征在于，包括MB86295或MB86296或MB86297器件，還包括一片或多片 SDRAM與MB86295或MB86296或MB86297互聯(lián)。
專利摘要本實(shí)用新型所述的基于PowerPC處理器的PC104-plus控制器板卡，由MPC8270或MPC8280處理器、圖形控制器、SDRAM、FLASH、DOC盤、RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘、EEPROM和CPLD電路組成；同時(shí)還包括由MPC8270的SCC接口實(shí)現(xiàn)的3路RS-232通信接口、兩路由FCC接口實(shí)現(xiàn)的10/100M全雙工自適應(yīng)以太網(wǎng)接口、一個(gè)8/16-bit的ISA總線接口、一個(gè)32-bit的PCI接口；以及通過(guò)圖形控制器擴(kuò)展輸出的一個(gè)RGB的LCD視頻輸出接口。在實(shí)際使用中可以使用ISA總線和/或PCI總線與其他PC104或PC104-PLUS設(shè)備互聯(lián)，完成數(shù)據(jù)通信；也可以使用RS-232總線與其他串行設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；還可以使用以太網(wǎng)接口與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信；LCD視頻接口可以用來(lái)顯示圖形及文字。
文檔編號(hào)G05B15/02GK201383075SQ20082018019
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日
發(fā)明者孟凡良, 楊樹凱 申請(qǐng)人:北京華力創(chuàng)通科技股份有限公司