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基于嵌入式PC的PIII计算机系统设计与实现

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了嵌入式PC模块的结构,阐述了一种快速开发嵌入式计算机系统的思路,并详细描述了一种基于嵌入式PC的PIII计算机系统组织结构和设计实现过程。

    关键词:嵌入式PC Compact PCI 桥接

目前嵌入式计算机系统应用呈现多样化、小型化、多层次的趋势,在工业现场和军事用途中扮演着越来越重要的角色。随着各种应用对操作系统和软件要求的日益提高,使得具有广泛适应性的PC构架的嵌入式计算机系统倍受青睐。尤其是Compact PCI总线在工业和军用领域的广泛应用,为PC构架的嵌入式计算机系统提供了更多的应用环境。然而,对于一个计算机系统来说,主机开发周期一般都较长,也较为复杂。CompuLab公司开发的系列嵌入式PC模块为开发PC构架的嵌入式计算机系统提供了新思路。即以嵌入式PC为核心,通过各种总线桥接电路开发出适应各种总线要求的嵌入式计算机;同时也为迅速提高各种嵌入式计算机系统的性能提供一条行之有效的途径。

本文介绍以CompuLab公司的系列嵌入式PC模块为核心的嵌入式计算机系统的一个设计实例。

1 CompuLab 786CORE

以色列公司CompuLab生产的786CORE是一种小型的、功能很强的高性价比单板嵌入式PC模块,它适用于各种以PC构架为基础的嵌入式应用中。786CORE配置了运行WINDOWS、Linux、VxWorks和DOS等操作系统所需的各种芯片组,并配置了相应的BIOS。

嵌入式PC模块786CORE具有体积小、功能强等特点。整个模块面积仅99mm×69mm,却集成了PIII赛扬400~700MHz地CPU、32~256MB SDRAM、LPC、5V兼容的PCI及AC97总线控制,同时还提供VGA/SXGA、两个USB接口、两个PS/2接口、两个10Mbps/100Mbps以太网接口、ATA IDE接口、软驱接口、一个RS-232和一个RS-422串口。为了适应嵌入式应用,786CORE还内置了嵌入式BIOS。

图1为786CORE的体系结构框图。

786CORE强大和灵活的功能为嵌入式计算机系统设计得提供了较为广阔的设计空间。尤其是通过PCI总线开发出的Compact PCI总线体系结构,更加扩展了该嵌入式系统的功能和应用领域。然而,由于Compact PCI总线的电气性能和协议的特殊性,基于该总线的设备开发难度可想而知。通常采用多种PCI桥接逻辑,将Compact PCI总线上的操作转换成其成较为简单的总线操作。

图1 786CORE的结构框图

2 基于786CORE的嵌入式计算机系统设计与实现

嵌入式PC模块的出现和发展,以及基于PCI总线的各种桥接电路的广泛应用,使得嵌入式计算机系统的开发周期大大缩短,并直接提高了系统的实用性和软件应用的灵活性。

2.1 系统组织与结构

图2描述一个以PIII CPU为核心的高性能嵌入式计算机系统。它包括16路差分输入A/D、4路RS-232/422串口和双8139以太网控制器,以及与机箱相应的抗恶劣环境电源。该系统的所有模块均为标准的3U尺寸,机箱为加固的4槽3U机箱。

由于嵌入式PC模块提供的PCI总线不能提供足够的负责能力,因此主机模块必须为其增加一个PCI-PCI的桥接芯片——Intel S21152BB。该芯片提供的PCI总线可支持四个PCI设备。而总线上的设备对于Compact PCI总线来说必须且只能是唯一的负载。如果要增加负载,则必须有一个桥接芯片扩展总线的负载能力。如图2中的双网模块。由于该模块中的两个以太网控制器RTL8193D均为PCI总线的负载,首先通过PCI-PCI桥接芯片——Intel S21152BB将总线扩展,再完成两个以太网卡的功能。

另外,作为Compact PCI总线系统,所有模块包括系统底板(Backplane)均按照Compact PCI规范PCIMG2.0 R2.1设计,包括终端匹配电阻的设计(如图2)、底板时钟和中断设计以及其他电气性能的设计。

2.2 扩展模块的设计与实现

本系统中,除主机模块外还有三个扩展模块,它们分别完成系统对模拟信号的采样及处理(AD模块)、系统与其他设备的通信(4串口模块)以及系统与Internet的连接(双网模块)。

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