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基于Geode TMGX1的嵌入式系统设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍国家半导体公司(NS)的GeodeTMGX1处理器及协同芯片,说明如何利用该芯片组进行嵌入式系统设计,并讨论一些设计难点的处理。
  关键词:信号完整性信息家电阻抗匹配
  
  引言
  
  近些年,嵌入式技术迅速发展,嵌入式应用深入金融、航空航天、电信、网络、工业控制等各个领域,并进一步渗透到日常生活领域——信息家电。信息家电市场的日益发展需要高效、灵活的嵌入式解决方案。
  
  美国国家半导体公司(NS)的GeodeTMGX1处理器是一款专门针对信息家电市场的集成处理器,具有低功耗、高性能、低价格及X86体系的兼容性与可扩展能力。GX1与其协同芯片为瘦客户机、交互式机顶盒以及个人Internet接入等信息家电应用提供了灵活、可扩展的解决方案。
  
  1GX1与CS5530
  
  GX1处理器采用0.18μmCMOS工艺,典型功耗仅为0.8~1.2W(在1.6V/200MHz条件下为0.8W,在2.0V/300MHz条件下为1.2W),为X86体系中最低。除CPU内核与电源管理等通用部件外,还在片内集成了存储管理单元、视频控制单元、2D图形加速单元和PCI总线主控器,有效地提高了系统可靠性、降低器件数量。图1是其内部结构框图。
  
  根据不同的性能与功耗要求,可以选择具有不同内核电压与工作频率的芯片,提高设计的灵活性。GX1内核为32位X86兼容内核,支持当前各种流行操作系统,可简化软件开发投资
  
  CS5530协同芯片除提供通用南桥芯片PCI-to-ISA桥接功能(包括UltraIDE接口、USB接口、通用I/O接口等)外,还与GX1处理器一起提供完整的电源管理和音频、视频加速功能,并且CS5530可直接与CRT显示器和TFT显示器接口。其内部结构框图如图2所示。
  
  2系统原理与结构
  
  GX1处理器采用X86体系兼容的硬件结构,故此其应用系统构成与通常PC架构非常类似。由于集成了内存控制器,GX1直接连接SDRAM模块,无需相应的北桥芯片参与。除图像数据外,作为PCI仲裁器,GX1与所有其它设备通过PCI总线连接。其与CS5530之间有专用的视频通道,用来交换视频图像数据。
  
  CS5530兼具了部分南、北桥功能,提供了系统大部分对接口功能:音、视频接口和ISA总线接[]。系统BIOS和DOC均挂接在ISA总线上。
  
  采用国家半导体PC97317芯片作为SUPERI/O,用来提供串行/并行接口、PS/2键盘、鼠标接口、红外接口和实时时钟功能。系统框图如图3所示。
  
  3关键设计问题
  
  (1)SDRAM时钟
  
  为了提供良好的存储器读写特性,对于SDRAM时钟有较严格的要求;
  
  ①时钟信号之间长度差小于±0.13cm;
  
  ②时钟走线宽度不小于0.2mm;
  
  ③时钟走线必须在连续的地线平面之上,且必须是走在最靠近地平面的信号层。
  
  此外,CPU的SDCLKOUT与SDCLKIN之间的时钟环回线应满足图4要求。
  
  另外,因为SDRAM的时钟频率很高,可达到100MHz,故SDRAM信号匹配非常重要。为保证高速信号的信号完整性,对于SDRAM接口信号均应加阻抗匹配措施,我们采用10Ω电阻串联源端匹配的方式,效果良好。
  
  
  
  
  (2)DOC
  
  由于定位在嵌入式应用,虽然系统提供了IDE硬盘接口,但在最终使用时却过于庞大,也不适应恶劣的嵌入式应用环境。我们使用电子盘——DOC(DiskkonChip)作为操作系统载体。
  
  图5DOC地址译码电路
  
  DOC2000是M-System公司推出的带TrueFFS文件系统的Flash存储设备,容量从16MB到1GB;具有EPROM兼容的电接口特性和系统引导能力,支持多种操作系统,是目前广泛使用的极具成本效益的嵌入式存储载体。
  
  DOC在系统内存占据8K窗口,必须把DOC映射到系统内存区,使系统在初始化时能扫描到DOC的引导块,从而使系统能够从DOC加载操作系统。所以,必须对其地址译码专门考虑,其译码电路如图5所示。
  
  (3)模拟视频接

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