專利名稱：自主可控的高性能嵌入式控制平臺裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及通信領(lǐng)域中的一種自主可控的高性能嵌入式控制平臺裝置，特別適用于作為通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制模塊。此外還可適合網(wǎng)絡(luò)安全的應(yīng)用需求等場合。
背景技術(shù)：
目前在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的研制過程中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的核心控制單元、轉(zhuǎn)發(fā)控制單元主要選用微處理器系統(tǒng)加以實現(xiàn)，目前采用的微處理器主要是國外芯片廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品，因此存在核心器件不可控的安全隱患；目前我國經(jīng)過幾十年的技術(shù)積累，在微處理器技術(shù)領(lǐng)域已研制生產(chǎn)出了多種成熟的自主產(chǎn)品，因此在微處理器的選型上，我們贏得了選用國產(chǎn)化芯片的機(jī)遇；在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的研制中，我們具備了核心器件的自主可控；同時，微處理器系統(tǒng)開發(fā)存在周期長，投入人力多，耗費(fèi)資金多的特點(diǎn)，為了縮短網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的開發(fā)周期及減少人力物力資源的不必要浪費(fèi)，迫切需要開發(fā)一種自主可控的高性能嵌入式控制平臺裝置。基于該平臺裝置，可以大大縮短通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)經(jīng)費(fèi)，加速產(chǎn)品的上市。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述背景技術(shù)中的不足之處而提供一種自主可控的嵌入式高性能控制平臺裝置，且本實用新型可方便的作為通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制模塊。本實用新型具有自主可控，集成度高，體積小，通用性及擴(kuò)展性好，維修方便及研發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:一種自主可控的高性能嵌入式控制平臺裝置，包括處理器控制模塊1、功能擴(kuò)展模塊2、三速以太網(wǎng)接口模塊3、RS-232串行接口模塊4、復(fù)位模塊5、調(diào)試接口 6、高性能接插件7、電源模塊8。其中，處理器控制模塊I通過PCI總線將PCI控制和數(shù)據(jù)命令輸出至功能擴(kuò)展模塊2、三速以太網(wǎng)接口模塊3和高性能接插件7，通過Local總線將本地控制和數(shù)據(jù)命令輸出至RS-232串行接口模塊4 ;復(fù)位模塊5將復(fù)位信號輸出至處理器控制模塊1、功能擴(kuò)展模塊2和三速以太網(wǎng)接口模塊3 ;功能擴(kuò)展模塊2將IDE、USB和SMB總線輸出至高性能接插件7 ;三速以太網(wǎng)接口模塊3將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)輸出至調(diào)試接口 6 ；RS-232串行接口模塊4將串口數(shù)據(jù)輸出至調(diào)試接口 6 ;電源模塊8將+V電源輸出至各個部件。本實用新型處理器控制模塊I包括CPU模塊9、總線控制模塊10、程序存儲器模塊
11、DDR2 SDRAM數(shù)據(jù)存儲器模塊12。其中，CPU模塊9通過復(fù)位信號線接收來自復(fù)位模塊5的復(fù)位信號，通過PCI總線將PCI控制和數(shù)據(jù)命令輸出至功能擴(kuò)展模塊2、三速以太網(wǎng)接口模塊3和高性能接插件7，通過Local總線分別將總線控制命令輸出至總線控制模塊10，將程序存取命令輸出至程序存儲器模塊11，將串行數(shù)據(jù)輸出至RS-232串行接口模塊4，通過DDR2 SDRAM接口總線將數(shù)據(jù)存取命令輸出至DDR2 SDRAM數(shù)據(jù)存儲器模塊12 ;總線控制模塊10將總線控制命令輸出至程序存儲器模塊11。[0008]本實用新型功能擴(kuò)展模塊2包括橋接控制模塊13、IDE接口模塊14、UART接口模塊15、USB接口模塊16、SMB接口模塊17。其中，橋接控制模塊13通過復(fù)位信號線接收來自復(fù)位模塊5的復(fù)位信號，通過PCI總線接收來自處理器控制模塊I的控制和數(shù)據(jù)命令，通過內(nèi)部控制總線分別將IDE總線命令輸出至IDE接口模塊14，將UART控制命令輸出至UART接口模塊15，將USB總線命令輸出至USB接口模塊16，將SMB總線命令輸出至SMB接口模塊17 ;IDE接口模塊14、UART接口模塊15、USB接口模塊16和SMB接口模塊17分別將各自處理后的數(shù)據(jù)輸出至高性能接插件7。本實用新型三速以太網(wǎng)接口模塊3包括以太網(wǎng)控制器模塊18，接口變壓器19，網(wǎng)絡(luò)控制器固件模塊20。其中，以太網(wǎng)控制器模塊18通過復(fù)位信號線接收來自復(fù)位模塊5的復(fù)位信號，通過PCI總線接收來自處理器控制模塊I的控制和數(shù)據(jù)命令；以太網(wǎng)控制器模塊18啟動時讀取存儲在網(wǎng)絡(luò)控制器固件模塊20中的固件信息，并將需要傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)數(shù)據(jù)信號輸出至接口變壓器19 ;接口變壓器19將經(jīng)過電平變換后的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號輸出至調(diào)試接口 6。本實用新型RS-232串行接口模塊4包括串口控制器模塊21，串口驅(qū)動器模塊22。其中，串口控制器模塊21通過Local總線接收來自處理器控制模塊I的控制和數(shù)據(jù)命令，并將經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后的串口數(shù)據(jù)輸出至串口驅(qū)動器模塊22 ;串口驅(qū)動器模塊22將經(jīng)過電平變換后串口數(shù)據(jù)信號輸出至調(diào)試接口 6。本實用新型相比背景技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):I)本實用新型的核心器件采用國產(chǎn)化處理器芯片。處理器控制模塊I的CPU采用國產(chǎn)化處理器芯片龍芯2F實現(xiàn)。龍芯2F芯片是我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能通用處理器芯片，采用該芯片可有效解決使用國外芯片帶來的安全隱患，滿足通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的自主可控需求。2)本實用新型采用統(tǒng)一的硬件平臺可支持不同的系統(tǒng)應(yīng)用。處理器控制模塊I通過配置不同的啟動參數(shù)可以靈活引導(dǎo)Linux或VxWorks等多種操作系統(tǒng)，通過加載不同的驅(qū)動程序可以支持豐富的外部功能模塊，通過運(yùn)行不同的應(yīng)用軟件可以滿足多種高層應(yīng)用的需求。3)本實用新型具有高性能的控制功能。處理器控制模塊I內(nèi)核最高頻率可達(dá)1GHz，支持?jǐn)?shù)據(jù)總線頻率最高達(dá)800MHz的DDR2 SDRAM，支持的數(shù)據(jù)存儲器容量不小于1024MB，而且支持32MB的程序存儲器。能夠滿足目前通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中CPU處理及性能的需求。4)本實用新型支持豐富的外部接口及功能擴(kuò)展。處理器控制模塊I和功能擴(kuò)展模塊2通過高性能接插件7擴(kuò)展了 PC1、Local、IDE、USB、UART等多種總線接口，可與外部豐富的功能模塊互聯(lián)，實現(xiàn)功能的擴(kuò)展。5)本實用新型的電路模塊均采用市售通用的集成電路和接插件制作，因此設(shè)備集成度高、體積小、性能可靠、價格低廉，便于批量生產(chǎn)。

圖1是本實用新型的電原理方框圖。圖2是本實用新型處理器控制模塊I的電原理圖。[0023]圖3是本實用新型功能擴(kuò)展模塊2的電原理圖。圖4是本實用新型三速以太網(wǎng)接口模塊3的電原理圖。圖5是本實用新型RS-232串行接口模塊4的電原理圖。
具體實施方式
參照圖1至圖5，本實用新型主要由處理器控制模塊1、功能擴(kuò)展模塊2、三速以太網(wǎng)接口模塊3、RS-232串行接口模塊4、復(fù)位模塊5、調(diào)試接口 6、高性能接插件7、電源模塊8組成。圖1為本實用新型實施例的電原理方框圖，實施例按圖1連接線路。其中，復(fù)位模塊5的作用是提供各個模塊的上電復(fù)位和手動復(fù)位信號，實施例采用市售MAX706ATESA型集成電路和5M240ZT100I5N型集成電路及按鍵式開關(guān)制作。調(diào)試接口 6的作用是對外提供CPU的調(diào)試串口和調(diào)試網(wǎng)口，實施例采用市售JL24-16型連接器制作。高性能接插件7的作用是對外提供IDE接口、UART接口、USB接口和SMB接口，實施例采用市售FX8C-100P-SV型連接器制作。電源模塊8的作用是提供各個模塊需要的工作電壓，實施例采用TPS54610型集成電路制作。本實用新型處理器控制模塊I的作用是實現(xiàn)高性能CPU接口的功能，它由CPU模塊9、總線控制模塊10、程序存儲器模塊11、DDR2SDRAM數(shù)據(jù)存儲器模塊12組成。圖2為本實用新型處理器控制模塊I的電原理方框圖，實施例按圖2連接線路。其中，CPU模塊9的作用是提供內(nèi)核工作頻率高達(dá)IGHz的處理器，實施例采用市售的龍芯2F型集成電路制作?？偩€控制模塊10的作用是提供CPU地址鎖存的功能，實施例采用市售SN74ALVCH16373型集成電路制作。程序存儲器模塊11的作用是用于存儲底層硬件驅(qū)動程序，實施例采用SST39VF040型集成電路制作。DDR2 SDRAM數(shù)據(jù)存儲器模塊12的作用是用于運(yùn)行底層硬件驅(qū)動程序和嵌入式操作系統(tǒng)，實施例采用MT47H128M16RT型集成電路制作。本實用新型功能擴(kuò)展模塊2的作用是和處理器控制模塊1、高性能接插件7配合，對外提供多種CPU的擴(kuò)展接口。它由橋接控制模塊13、IDE接口模塊14、UART接口模塊15、USB接口模塊16、SMB接口模塊17組成。圖3為本實用新型功能擴(kuò)展模塊2的電原理方框圖，實施例按圖3連接線路。實施例橋接控制模塊13、IDE接口模塊14、UART接口模塊15、USB接口模塊16、SMB接口模塊17采用市售CS5536型集成電路制作。本實用新型三速以太網(wǎng)接口模塊3的作用是完成網(wǎng)絡(luò)物理編碼子層和媒體訪問控制子層的功能，支持10M/100M/1000M接口的自適應(yīng)能力，用于傳輸以太網(wǎng)成幀數(shù)據(jù)。它由以太網(wǎng)控制器模塊18，接口變壓器19，網(wǎng)絡(luò)控制器固件模塊20組成。圖4為本實用新型三速以太網(wǎng)接口模塊3的電原理方框圖，實施例按圖4連接線路。其中，以太網(wǎng)控制器模塊18的作用是提供以太網(wǎng)媒體訪問控制和物理子層的功能，實施例采用市售RC82540型集成電路制作；接口變壓器19的作用是提供網(wǎng)絡(luò)接口信號電平轉(zhuǎn)換的功能，實施例采用市售HX5004型變壓器制作，網(wǎng)絡(luò)控制器固件模塊20的作用是用于存儲以太網(wǎng)控制器芯片啟動時所需固件的功能，實施例采用市售AT93C46型集成電路制作。本實用新型RS-232串行接口模塊4的作用是實現(xiàn)通用異步數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋Ｋ纱诳刂破髂K21，串口驅(qū)動器模塊22組成。圖5為本實用新型三速以太網(wǎng)接口模塊4的電原理方框圖，實施例按圖5連接線路。其中，串口控制器模塊21的作用是提供CPU接口數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換功能，實施例采用市售NS16C2552型集成電路制作。串口驅(qū)動器模塊22的作用是提供串口信號電平轉(zhuǎn)換的功能，實施例采用市售ADM3202型集成電路制作。本實用新型簡要工作原理如下:本通用嵌入式自主可控高性能處理器模塊主要實現(xiàn)對通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制功能。它依靠高性能的處理器控制模塊I及內(nèi)部集成的一、二級Cache實現(xiàn)高性能的計算功能；模塊加電后，CPU模塊9讀取并運(yùn)行存儲在程序存儲器模塊11中的引導(dǎo)程序，將存儲在外部存儲介質(zhì)中的操作系統(tǒng)映像加載到DDR2 SDRAM數(shù)據(jù)存儲器模塊12中并運(yùn)行，通過運(yùn)行操作系統(tǒng)之上的各種應(yīng)用軟件實現(xiàn)復(fù)雜的管理控制功能；處理器控制模塊I和功能擴(kuò)展模塊2通過高性能接插件7擴(kuò)展出PC1、IDE、USB等多種總線接口，從而實現(xiàn)與多種外部功能模塊互聯(lián)的功能；用戶可通過調(diào)試接口 6與三速以太網(wǎng)接口模塊3，RS-232串行接口模塊4連接，對本模塊的各種功能進(jìn)行在線調(diào)試。本實用新型的安裝結(jié)構(gòu)如下:把本實用新型電路設(shè)計中使用的所有元器件按圖1至圖5連接線路，并采用微電子集成工藝安裝技術(shù)集成安裝在一塊長X寬為114毫米X95毫米的印制電路板上，并把所有可擴(kuò)展信號通過四個高性能接插件引出，組成本實用新型。用戶使用時，可以通過調(diào)試接口連接器直接使用內(nèi)置的以太網(wǎng)接口和RS-232串行接口，需要使用擴(kuò)展接口的功能時，用戶印制電路板通過高性能接插件連接本實用新型模塊，就可以直接進(jìn)行基于本實用新型模塊之上的研制開發(fā)。
權(quán)利要求1.一種自主可控的高性能嵌入式控制平臺裝置，包括復(fù)位模塊(5)、調(diào)試接口 ￠)、高性能接插件(7)和電源模塊(8);其特征在于:還包括處理器控制模塊(I)、功能擴(kuò)展模塊(2)、三速以太網(wǎng)接口模塊(3)和RS-232串行接口模塊⑷； 處理器控制模塊(I)通過PCI總線將PCI控制和數(shù)據(jù)命令輸出至功能擴(kuò)展模塊(2)、三速以太網(wǎng)接口模塊(3)和高性能接插件(7)，通過Local總線將本地控制和數(shù)據(jù)命令輸出至RS-232串行接口模塊(4);復(fù)位模塊(5)將復(fù)位信號輸出至處理器控制模塊(I)、功能擴(kuò)展模塊⑵和三速以太網(wǎng)接口模塊⑶；功能擴(kuò)展模塊⑵將IDE、USB和SMB總線輸出至高性能接插件⑵；三速以太網(wǎng)接口模塊(3)將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)輸出至調(diào)試接口(6) ；RS-232串行接口模塊⑷將串口數(shù)據(jù)輸出至調(diào)試接口(6);電源模塊⑶將+V電源輸出至各個部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主可控的高性能嵌入式控制平臺裝置，其特征在于:所述的處理器控制模塊(I)包括CPU模塊(9)、總線控制模塊(10)、程序存儲器模塊(11)和DDR2SDRAM數(shù)據(jù)存儲器模塊(12)； (PU模塊(9)通過復(fù)位信號線接收來自復(fù)位模塊(5)的復(fù)位信號，通過PCI總線將PCI控制和數(shù)據(jù)命令輸出至功能擴(kuò)展模塊(2)、三速以太網(wǎng)接口模塊(3)和高性能接插件(7)，通過Local總線分別將總線控制命令輸出至總線控制模塊(10)，將程序存取命令輸出至程序存儲器模塊(11)，將串行數(shù)據(jù)輸出至RS-232串行接口模塊(4)，通過DDR2 SDRAM接口總線將數(shù)據(jù)存取命令輸出至DDR2SDRAM數(shù)據(jù)存儲器模塊(12);總線控制模塊(10)將總線控制命令輸出至程序存儲器模塊(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的自主可控的高性能嵌入式控制平臺裝置，其特征在于:功能擴(kuò)展模塊⑵包括橋接控制模塊(13)、IDE接口模塊(14)、UART接口模塊(15)、USB接口模塊(16)和SMB接口模塊(17)； 橋接控制模塊(13)通過復(fù)位信號線接收來自復(fù)位模塊(5)的復(fù)位信號，通過PCI總線接收來自處理器控制模塊(I)的控制和數(shù)據(jù)命令，通過內(nèi)部控制總線分別將IDE總線命令輸出至IDE接口模塊(14)，將UART控制命令輸出至UART接口模塊(15) JfUSB總線命令輸出至USB接口模塊(16)，將SMB總線命令輸出至SMB接口模塊(17) ; IDE接口模塊(14)、UART接口模塊(15)、USB接口模塊(16)和SMB接口模塊(17)分別將各自處理后的數(shù)據(jù)輸出至高性能接插件(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主可控的高性能嵌入式控制平臺裝置，其特征在于:三速以太網(wǎng)接口模塊(3)包括以太網(wǎng)控制器模塊(18)，接口變壓器(19)和網(wǎng)絡(luò)控制器固件模塊(20)； 以太網(wǎng)控制器模塊(18)通過復(fù)位信號線接收來自復(fù)位模塊(5)的復(fù)位信號，通過PCI總線接收來自處理器控制模塊(I)的控制和數(shù)據(jù)命令；以太網(wǎng)控制器模塊(18)啟動時讀取存儲在網(wǎng)絡(luò)控制器固件模塊(20)中的固件信息，并將需要傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)數(shù)據(jù)信號輸出至接口變壓器(19);接口變壓器(19)將經(jīng)過電平變換后的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號輸出至調(diào)試接口(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主可控的高性能嵌入式控制平臺裝置，其特征在于:RS-232串行接口模塊(4)包括串口控制器模塊(21)和串口驅(qū)動器模塊(22)； 串口控制器模塊(21)通過Local總線接收來自處理器控制模塊(I)的控制和數(shù)據(jù)命令，并將經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后的串口數(shù)據(jù)輸出至串口驅(qū)動器模塊(22);串口驅(qū)動器模塊(22)將經(jīng)過電平變換后串口數(shù)據(jù)信 號輸出至調(diào)試接口(6)。
專利摘要本實用新型公開了一種自主可控的高性能嵌入式控制平臺裝置。它涉及通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制裝置。它由處理器控制模塊，功能擴(kuò)展模塊，三速以太網(wǎng)接口模塊、RS-232串行接口模塊、復(fù)位模塊、調(diào)試接口、高性能接插件、電源模塊等部件組成。它依靠高性能的處理器控制模塊及內(nèi)部集成的一、二級Cahce實現(xiàn)高性能的控制功能，通過功能擴(kuò)展模塊可擴(kuò)展出多種總線接口，實現(xiàn)與多種外部功能模塊互聯(lián)的功能。本實用新型具有自主可控，集成度高，通用性及擴(kuò)展性好，研發(fā)周期短等特點(diǎn)，特別適用于作為通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的控制模塊。
文檔編號G05B19/042GK202975676SQ201220734520
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者劉素桃, 周三友, 孫士勇, 高飛, 周玉娟, 李鑫, 康賓, 王立瑩, 王景忠, 李吉良 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所