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基于Geode TMGX1的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計

作者: 時間:2004-12-10 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
摘要:介紹國家半導體公司(NS)的 處理器及協(xié)同芯片,說明如何利用該芯片組進行,并討論一些難點的處理。

關(guān)鍵詞:信號完整性 信息家電 阻抗匹配

引言

近些年,技術(shù)迅速發(fā)展,應用深入金融、航空航天、電信、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制等各個領(lǐng)域,并進一步滲透到日常生活領(lǐng)域――信息家電。信息家電市場的日益發(fā)展需要高效、靈活的嵌入式解決方案。

美國國家半導體公司(NS)的 處理器是一款專門針對信息家電市場的集成處理器,具有低功耗、高性能、低價格及X86體系的兼容性與可擴展能力。GX1與其協(xié)同芯片為瘦客戶機、交互式機頂盒以及個人Internet接入等信息家電應用提供了靈活、可擴展的解決方案。

1 GX1與CS5530

GX1處理器采用0.18μm CMOS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,提高的靈活性。GX1內(nèi)核為32位X86兼容內(nèi)核,支持當前各種流行操作,可簡化軟件開發(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Ultra IDE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,無需相應的北橋芯片參與。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PCI總線連接。其與CS5530之間有專用的視頻通道,用來交換視頻圖像數(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。

采用國家半導體PC97317芯片作為SUPER I/O,用來提供串行/并行接口、PS/2鍵盤、鼠標接口、紅外接口和實時時鐘功能。系統(tǒng)框圖如圖3所示。

3 關(guān)鍵設(shè)計問題

(1)SDRAM時鐘

為了提供良好的存儲器讀寫特性,對于SDRAM時鐘有較嚴格的要求;

①時鐘信號之間長度差小于0.13cm;

②時鐘走線寬度不小于0.2mm;

③時鐘走線必須在連續(xù)的地線平面之上,且必須是走在最靠近地平面的信號層。

此外,CPU的SDCLKOUT與SDCLKIN之間的時鐘環(huán)回線應滿足圖4要求。

另外,因為SDRAM的時鐘頻率很高,可達到100MHz,故SDRAM信號匹配非常重要。為保證高速信號的信號完整性,對于SDRAM接口信號均應加阻抗匹配措施,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用,雖然系統(tǒng)提供了IDE硬盤接口,但在最終使用時卻過于龐大,也不適應惡劣的嵌入式應用環(huán)境。我們使用電子盤――DOC(Diskk on Chip)作為操作系統(tǒng)載體。

圖5 DOC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)在初始化時能掃描到DOC的引導塊,從而使系統(tǒng)能夠從DOC加載操作系統(tǒng)。所以,必須對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到12801024(8位色)或1024768(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。成本考慮,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的完整性和穩(wěn)定傳輸,在設(shè)計時,需要采取以下措施:對RGB信號加并行端接阻抗匹配和濾波處理,同時加二極管保護電路。圖6為其參考電路。

此外,在布線時應注意盡量與其它數(shù)字信號隔離,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自適應以太網(wǎng)接口。RTL8139C是目前業(yè)界使用最廣泛也是性價比較高的以太網(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)計比較簡單。需要注意的是RJ45接口部分,由于其數(shù)據(jù)傳輸速度很高,為避免信號之間的相互串擾,在電路設(shè)計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,其引導過程與通用PC類似。國家半導體公司提供了完整的BIOS程序和相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序(包括Linux、Windows以及QNX、VxWorks等平臺)。

圖7 以太網(wǎng)接口

在當前現(xiàn)有的嵌入式操作系統(tǒng)中,Linux系統(tǒng)具有開放、免費、可根據(jù)選擇Linux作為操作系統(tǒng),并該系統(tǒng)平臺,開發(fā)實現(xiàn)新的應用程序。將應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)計是很復雜的系統(tǒng)工程,其應用千差萬別,需要慎重考慮性能、功耗、成本及人機接口等各方面因素。GX1與CS5530的嵌入式系統(tǒng)作為X86體系的解決方案,對于STB(機頂盒)、WBT(基于Windows的終端)及PC架構(gòu)的非PC設(shè)備等應用環(huán)境是一個比較好的選擇。

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