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            基于Geode TMGX1的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

            時(shí)間:2022-12-05 14:05:37 電子通信論文 我要投稿
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            基于Geode TMGX1的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

            摘要:介紹國(guó)家半導(dǎo)體公司(NS)的GeodeTMGX1處理器及協(xié)同芯片,說(shuō)明如何利用該芯片組進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì),并討論一些設(shè)計(jì)難點(diǎn)的處理。
              關(guān)鍵詞:信號(hào)完整性信息家電阻抗匹配
              
              引言
              
              近些年,嵌入式技術(shù)迅速發(fā)展,嵌入式應(yīng)用深入金融、航空航天、電信、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制等各個(gè)領(lǐng)域,并進(jìn)一步滲透到日常生活領(lǐng)域——信息家電。信息家電市場(chǎng)的日益發(fā)展需要高效、靈活的嵌入式解決方案。
              
              美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NS)的GeodeTMGX1處理器是一款專門針對(duì)信息家電市場(chǎng)的集成處理器,具有低功耗、高性能、低價(jià)格及X86體系的兼容性與可擴(kuò)展能力。GX1與其協(xié)同芯片為瘦客戶機(jī)、交互式機(jī)頂盒以及個(gè)人Internet接入等信息家電應(yīng)用提供了靈活、可擴(kuò)展的解決方案。
              
              1GX1與CS5530
              
              GX1處理器采用0.18μmCMOS工藝,典型功耗僅為0.8~1.2W(在1.6V/200MHz條件下為0.8W,在2.0V/300MHz條件下為1.2W),為X86體系中最低。除CPU內(nèi)核與電源管理等通用部件外,還在片內(nèi)集成了存儲(chǔ)管理單元、視頻控制單元、2D圖形加速單元和PCI總線主控器,有效地提高了系統(tǒng)可靠性、降低器件數(shù)量。圖1是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
              
              根據(jù)不同的性能與功耗要求,可以選擇具有不同內(nèi)核電壓與工作頻率的芯片,提高設(shè)計(jì)的靈活性。GX1內(nèi)核為32位X86兼容內(nèi)核,支持當(dāng)前各種流行操作系統(tǒng),可簡(jiǎn)化軟件開(kāi)發(fā)投資。
              
              CS5530協(xié)同芯片除提供通用南橋芯片PCI-to-ISA橋接功能(包括UltraIDE接口、USB接口、通用I/O接口等)外,還與GX1處理器一起提供完整的電源管理和音頻、視頻加速功能,并且CS5530可直接與CRT顯示器和TFT顯示器接口。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
              
              2系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)
              
              GX1處理器采用X86體系兼容的硬件結(jié)構(gòu),故此其應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成與通常PC架構(gòu)非常類似。由于集成了內(nèi)存控制器,GX1直接連接SDRAM模塊,無(wú)需相應(yīng)的北橋芯片參與。除圖像數(shù)據(jù)外,作為PCI仲裁器,GX1與所有其它設(shè)備通過(guò)PCI總線連接。其與CS5530之間有專用的視頻通道,用來(lái)交換視頻圖像數(shù)據(jù)。
              
              CS5530兼具了部分南、北橋功能,提供了系統(tǒng)大部分對(duì)接口功能:音、視頻接口和ISA總線接[]。系統(tǒng)BIOS和DOC均掛接在ISA總線上。
              
              采用國(guó)家半導(dǎo)體PC97317芯片作為SUPERI/O,用來(lái)提供串行/并行接口、PS/2鍵盤、鼠標(biāo)接口、紅外接口和實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。系統(tǒng)框圖如圖3所示。
              
              3關(guān)鍵設(shè)計(jì)問(wèn)題
              
             。1)SDRAM時(shí)鐘
              
              為了提供良好的存儲(chǔ)器讀寫特性,對(duì)于SDRAM時(shí)鐘有較嚴(yán)格的要求;
              
             、贂r(shí)鐘信號(hào)之間長(zhǎng)度差小于±0.13cm;
              
             、跁r(shí)鐘走線寬度不小于0.2mm;
              
             、蹠r(shí)鐘走線必須在連續(xù)的地線平面之上,且必須是走在最靠近地平面的信號(hào)層。
              
              此外,CPU的SDCLKOUT與SDCLKIN之間的時(shí)鐘環(huán)回線應(yīng)滿足圖4要求。
              
              另外,因?yàn)镾DRAM的時(shí)鐘頻率很高,可達(dá)到100MHz,故SDRAM信號(hào)匹配非常重要。為保證高速信號(hào)的信號(hào)完整性,對(duì)于SDRAM接口信號(hào)均應(yīng)加阻抗匹配措施,我們采用10Ω電阻串聯(lián)源端匹配的方式,效果良好。
              
              
              
              
             。2)DOC
              
              由于定位在嵌入式應(yīng)用,雖然系統(tǒng)提供了IDE硬盤接口,但在最終使用時(shí)卻過(guò)于龐大,也不適應(yīng)惡劣的嵌入式應(yīng)用環(huán)境。我們使用電子盤——DOC(DiskkonChip)作為操作系統(tǒng)載體。
              
              圖5DOC地址譯碼電路
              
              DOC2000是M-System公司推出的帶TrueFFS文件系統(tǒng)的Flash存儲(chǔ)設(shè)備,容量從16MB到1GB;具有EPROM兼容的電接口特性和系統(tǒng)引導(dǎo)能力,支持多種操作系統(tǒng),是目前廣泛使用的極具成本效益的嵌入式存儲(chǔ)載體。
              
              DOC在系統(tǒng)內(nèi)存占據(jù)8K窗口,必須把DOC映射到系統(tǒng)內(nèi)存區(qū),使系統(tǒng)在初始化時(shí)能掃描到DOC的引導(dǎo)塊,從而使系統(tǒng)能夠從DOC加載操作系統(tǒng)。所以,必須對(duì)其地址譯碼專門考慮,其譯碼電路如圖5所示。
              
              (3)模擬視頻接口
              
              GX1內(nèi)含圖形加速單元,最高支持分辨率可達(dá)到1280×1024(8位色)或1024×768(16位色)。
              
              CS5530內(nèi)部集成視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器(VDAC),可直接支持CRT和TFT平板顯示設(shè)備;诔杀究紤],我們選擇使用CRT監(jiān)視器,其視頻接口是模擬電路部分。為保證高速視頻信號(hào)的完整性和穩(wěn)定傳輸,在設(shè)計(jì)時(shí),需要采取以下措施:對(duì)RGB信號(hào)加并行端接阻抗匹配和濾波處理,同時(shí)加二極管保護(hù)電路。圖6為其參考電路。
              
              此外,在布線時(shí)應(yīng)注意盡量與其它數(shù)字信號(hào)隔離,以減小干擾。
              
             。4)以太網(wǎng)接口
              
              由于系統(tǒng)要求高速聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,我們提供最常用的10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口。RTL8139C是目前業(yè)界使用最廣泛也是性價(jià)比較高的以太網(wǎng)控制器芯片。
              
              圖6模擬視頻接口電路
              
              RTL8139C數(shù)據(jù)總線掛在PCI總線上,這部分設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。需要注意的是RJ45接口部分,由于其數(shù)據(jù)傳輸速度很高,為避免信號(hào)之間的相互串?dāng)_,在電路設(shè)計(jì)上需要采取一定的抗干擾措施,其參考電路如圖7所示。
              
              4軟件系統(tǒng)
              
              由于系統(tǒng)與X86體系兼容,因此,其引導(dǎo)過(guò)程與通用PC類似。國(guó)家半導(dǎo)體公司提供了完整的BIOS程序和相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(包括Linux、Windows以及QNX、VxWorks等平臺(tái))。
              
              圖7以太網(wǎng)接口
              
              在當(dāng)前現(xiàn)有的嵌入式操作系統(tǒng)中,Linux系統(tǒng)具有開(kāi)放、免費(fèi)、可根據(jù)選擇Linux作為操作系統(tǒng),并基于該系統(tǒng)平臺(tái),開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)新的應(yīng)用程序。將應(yīng)用軟件連同操作系統(tǒng)寫入DOC,就構(gòu)成了完整的嵌入式系統(tǒng)。
              
              5結(jié)論
              
              嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)是很復(fù)雜的系統(tǒng)工程,其應(yīng)用千差萬(wàn)別,需要慎重考慮性能、功耗、成本及人機(jī)接口等各方面因素;贕X1與CS5530的嵌入式系統(tǒng)作為X86體系的解決方案,對(duì)于STB(機(jī)頂盒)、WBT(基于Windows的終端)及PC架構(gòu)的非PC設(shè)備等應(yīng)用環(huán)境是一個(gè)比較好的選擇。
              
              
              
              
              
              

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