基于嵌入式PC的PIII計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的思路，并詳細(xì)描述了一種基于嵌入式pc的piii計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程。 關(guān)鍵詞：嵌入式pc compact pci 橋接目前嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用呈現(xiàn)多樣化、小型化、多層次的趨勢(shì)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供了更多的應(yīng)用環(huán)境。然而，對(duì)于一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，主機(jī)開發(fā)周期一般都較長(zhǎng)，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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)；同時(shí)也為迅速提高各種嵌入式計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)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(qiáng)的高性價(jià)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(yùn)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(qiáng)等特點(diǎn)。整個(gè)模塊面積僅99mm×69mm，卻集成了piii賽揚(yáng)400～700mhz地cpu、32～256mb sdram、lpc、5v兼容的pci及ac97總線控制，同時(shí)還提供vga/sxga、兩個(gè)usb接口、兩個(gè)ps/2接口、兩個(gè)10mbps/100mbps以太網(wǎng)接口、ata ide接口、軟驅(qū)接口、一個(gè)rs-232和一個(gè)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(qiáng)大和靈活的功能為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得提供了較為廣闊的設(shè)計(jì)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(kuò)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(jiǎn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)周期大大縮短，并直接提高了系統(tǒng)的實(shí)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(gè)以piii cpu為核心的高性能嵌入式計(jì)算機(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)的3u尺寸，機(jī)箱為加固的4槽3u機(jī)箱。由于嵌入式pc模塊提供的pci總線不能提供足夠的負(fù)責(zé)能力，因此主機(jī)模塊必須為其增加一個(gè)pci-pci的橋接芯片——intel s21152bb。該芯片提供的pci總線可支持四個(gè)pci設(shè)備。而總線上的設(shè)備對(duì)于compact pci總線來說必須且只能是唯一的負(fù)載。如果要增加負(fù)載，則必須有一個(gè)橋接芯片擴(kuò)展總線的負(fù)載能力。如圖2中的雙網(wǎng)模塊。由于該模塊中的兩個(gè)以太網(wǎng)控制器rtl8193d均為pci總線的負(fù)載，首先通過pci-pci橋接芯片——intel s21152bb將總線擴(kuò)展，再完成兩個(gè)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(jì)，包括終端匹配電阻的設(shè)計(jì)（如圖2）、底板時(shí)鐘和中斷設(shè)計(jì)以及其他電氣性能的設(shè)計(jì)。2.2 擴(kuò)展模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)中，除主機(jī)模塊外還有三個(gè)擴(kuò)展模塊，它們分別完成系統(tǒng)對(duì)模擬信號(hào)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(jì)者提供了一條靈活而簡(jiǎn)便的通往pci總線的道路。通過使用s5920，模塊設(shè)計(jì)者無須考慮pci總線的各種電氣性能和時(shí)序的特殊要求