基于嵌入式PC的PIII計算機系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：介紹了嵌入式pc模塊的結(jié)構(gòu)，闡述了一種快速開發(fā)嵌入式計算機系統(tǒng)的思路，并詳細描述了一種基于嵌入式pc的piii計算機系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)和設(shè)計實現(xiàn)過程。 關(guān)鍵詞：嵌入式pc compact pci 橋接目前嵌入式計算機系統(tǒng)應(yīng)用呈現(xiàn)多樣化、小型化、多層次的趨勢，在工業(yè)現(xiàn)場和軍事用途中扮演著越來越重要的角色。隨著各種應(yīng)用對操作系統(tǒng)和軟件要求的日益提高，使得具有廣泛適應(yīng)性的pc構(gòu)架的嵌入式計算機系統(tǒng)倍受青睞。尤其是compact pci總線在工業(yè)和軍用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為pc構(gòu)架的嵌入式計算機系統(tǒng)提供了更多的應(yīng)用環(huán)境。然而，對于一個計算機系統(tǒng)來說，主機開發(fā)周期一般都較長，也較為復(fù)雜。compulab公司開發(fā)的系列嵌入式pc模塊為開發(fā)pc構(gòu)架的嵌入式計算機系統(tǒng)提供了新思路。即以嵌入式pc為核心，通過各種總線橋接電路開發(fā)出適應(yīng)各種總線要求的嵌入式計算機；同時也為迅速提高各種嵌入式計算機系統(tǒng)的性能提供一條行之有效的途徑。本文介紹以compulab公司的系列嵌入式pc模塊為核心的嵌入式計算機系統(tǒng)的一個設(shè)計實例。1 compulab 786core以色列公司compulab生產(chǎn)的786core是一種小型的、功能很強的高性價比單板嵌入式pc模塊，它適用于各種以pc構(gòu)架為基礎(chǔ)的嵌入式應(yīng)用中。786core配置了運行windows、linux、vxworks和dos等操作系統(tǒng)所需的各種芯片組，并配置了相應(yīng)的bios。嵌入式pc模塊786core具有體積小、功能強等特點。整個模塊面積僅99mm×69mm，卻集成了piii賽揚400～700mhz地cpu、32～256mb sdram、lpc、5v兼容的pci及ac97總線控制，同時還提供vga/sxga、兩個usb接口、兩個ps/2接口、兩個10mbps/100mbps以太網(wǎng)接口、ata ide接口、軟驅(qū)接口、一個rs-232和一個rs-422串口。為了適應(yīng)嵌入式應(yīng)用，786core還內(nèi)置了嵌入式bios。圖1為786core的體系結(jié)構(gòu)框圖。786core強大和靈活的功能為嵌入式計算機系統(tǒng)設(shè)計得提供了較為廣闊的設(shè)計空間。尤其是通過pci總線開發(fā)出的compact pci總線體系結(jié)構(gòu)，更加擴展了該嵌入式系統(tǒng)的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。然而，由于compact pci總線的電氣性能和協(xié)議的特殊性，基于該總線的設(shè)備開發(fā)難度可想而知。通常采用多種pci橋接邏輯，將compact pci總線上的操作轉(zhuǎn)換成其成較為簡單的總線操作。

圖1 786core的結(jié)構(gòu)框圖

2 基于786core的嵌入式計算機系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)嵌入式pc模塊的出現(xiàn)和發(fā)展，以及基于pci總線的各種橋接電路的廣泛應(yīng)用，使得嵌入式計算機系統(tǒng)的開發(fā)周期大大縮短，并直接提高了系統(tǒng)的實用性和軟件應(yīng)用的靈活性。2.1 系統(tǒng)組織與結(jié)構(gòu)圖2描述一個以piii cpu為核心的高性能嵌入式計算機系統(tǒng)。它包括16路差分輸入a/d、4路rs-232/422串口和雙8139以太網(wǎng)控制器，以及與機箱相應(yīng)的抗惡劣環(huán)境電源。該系統(tǒng)的所有模塊均為標準的3u尺寸，機箱為加固的4槽3u機箱。由于嵌入式pc模塊提供的pci總線不能提供足夠的負責(zé)能力，因此主機模塊必須為其增加一個pci-pci的橋接芯片——intel s21152bb。該芯片提供的pci總線可支持四個pci設(shè)備。而總線上的設(shè)備對于compact pci總線來說必須且只能是唯一的負載。如果要增加負載，則必須有一個橋接芯片擴展總線的負載能力。如圖2中的雙網(wǎng)模塊。由于該模塊中的兩個以太網(wǎng)控制器rtl8193d均為pci總線的負載，首先通過pci-pci橋接芯片——intel s21152bb將總線擴展，再完成兩個以太網(wǎng)卡的功能。另外，作為compact pci總線系統(tǒng)，所有模塊包括系統(tǒng)底板（backplane）均按照compact pci規(guī)范pcimg2.0 r2.1設(shè)計，包括終端匹配電阻的設(shè)計（如圖2）、底板時鐘和中斷設(shè)計以及其他電氣性能的設(shè)計。2.2 擴展模塊的設(shè)計與實現(xiàn)本系統(tǒng)中，除主機模塊外還有三個擴展模塊，它們分別完成系統(tǒng)對模擬信號的采樣及處理（ad模塊）、系統(tǒng)與其他設(shè)備的通信（4串口模塊）以及系統(tǒng)與internet的連接（雙網(wǎng)模塊）。本系統(tǒng)中除了上文指出的雙網(wǎng)模塊需要pci-pci的橋接芯片外，ad模塊和串口模塊與cpci總線連接同樣需要橋接芯片amcc s5920的支持（如圖2所示）。amcc s5920是單一芯片的多功能設(shè)備，它為設(shè)計者提供了一條靈活而簡便的通往pci總線的道路。通過使用s5920，模塊設(shè)計者無須考慮pci總線的各種電氣性能和時序的特殊要求