1.龍芯2F 措置器的功能與特點(diǎn)
本系統(tǒng)采用的龍芯2F（LOONGSON-2F ）措置器,，是中國科學(xué)院計(jì)較手藝研究所最新發(fā)布的一款64 位MIPSⅢ指令集的通用RISC 微措置器,。該措置器在國內(nèi)首個(gè)采用了90nmCMOS 設(shè)計(jì)工藝，面積為35nm2,，典型工作頻率800MHz 下實(shí)測(cè)功耗為4~5W ,，最高工作頻率可達(dá)1G,；最高浮點(diǎn)運(yùn)算速度為每秒40/80 億次雙/單精度浮點(diǎn)運(yùn)算，片內(nèi)集成了PCI/PCIX 等IO 節(jié)制器,，并集成片上二級(jí)CACHE,、DDR2 內(nèi)存節(jié)制器，很是適合高端嵌入式規(guī)模,。
2.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架
龍芯2F（LOONGSON-2F ）措置器為整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)制中心,，并承擔(dān)所稀有據(jù)的措置使命。系統(tǒng)經(jīng)由過程ICS950220 時(shí)鐘合成器發(fā)生主板上各芯片所需的時(shí)鐘,，同時(shí)該芯片帶有看門狗功能,。系統(tǒng)內(nèi)存是經(jīng)由過程措置器內(nèi)部集成的DDR2 節(jié)制器擴(kuò)展，考慮到PCB 印制板的面積和訪存更高的帶寬需求,，采用4 片16bit 位寬的內(nèi)存顆粒方案,，內(nèi)存容量取決于采用顆粒的容量，最年夜可撐持1GB 內(nèi)存,，其工作頻率為300MHz ,。經(jīng)由過程措置器供給的LOCAL BUS 擴(kuò)展512KB Flash ROM 用于系統(tǒng)BIOS 存儲(chǔ)。
2．1 系統(tǒng)電源
無論是車載仍是便攜設(shè)備均需需采用直流電源供電,，是以,，節(jié)能和和高效是電源設(shè)計(jì)的主題。圖1 的電源模塊可見,，本系統(tǒng)主板采用了+5V 的直流適配器作為供電電源,，供給CPU 使用的1.2V 和供給接口電路使用的3.3V 直流電源因?yàn)榻?jīng)由過程的電流斗勁年夜，均采用效率較高的開關(guān)電源,。按照常規(guī)設(shè)計(jì),，供給DDR2 和SM502 使用的1.8V 電源由3.3V 電源引入，分袂由兩個(gè)線性電源（LDO）發(fā)生,，本系統(tǒng)均改成效率較高的開關(guān)電源實(shí)現(xiàn),，提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率，實(shí)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的功耗節(jié)制在10W 以內(nèi),。
3.系統(tǒng)接口
1,、系統(tǒng)經(jīng)由過程多功能顯示節(jié)制芯片SM502 驅(qū)動(dòng)各類接口，SM502 可經(jīng)由過程PCI BUS 直接與措置器相連,，撐持2D 顯示加速,，可供給：AC97 尺度音頻接口（經(jīng)由過程ALC203 芯片節(jié)制）、一個(gè)UBS1.1 接口,、一個(gè)尺度RS232 串口和一個(gè)調(diào)試串口（均由SP3232 芯片節(jié)制）,、VGA 和LCD 顯示接口、ZV 視頻接口（由SSA7118 芯片節(jié)制）,。
2,、系統(tǒng)經(jīng)由過程PCI BUS 采用RTL8139D 作為以太網(wǎng)節(jié)制芯片,，供給10/100M 以太網(wǎng)接口。3,、系統(tǒng)經(jīng)由過程PCI BUS 采用uPD720102 作為USB 節(jié)制器芯片,，供給三個(gè)USB2.0 接口。其中一路USB接口經(jīng)由過程AU6331 讀卡機(jī)節(jié)制器芯片,，供給一個(gè)SD/MMC 接口
4.系統(tǒng)軟件
本系統(tǒng)運(yùn)行在LINUX DEBIAN4.0 操作系統(tǒng)下,，其內(nèi)核為LINUX 2.6.21。將Bootloarder–PMON2000 燒制在板載的BIOS ROM 中,，加電后自動(dòng)完成措置器,、緩存、內(nèi)存節(jié)制器,、收集節(jié)制器等初始化工作,。同時(shí)PMON2000 擁有少量行呼吁集，用于啟動(dòng)后對(duì)內(nèi)存的讀寫校驗(yàn),、板載Flash 的擦寫,、IP設(shè)置、串口設(shè)置以及跟主機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,，搜羅上傳,、下傳文件、領(lǐng)受主機(jī)下達(dá)指令等等,。經(jīng)由過程PMON2000的內(nèi)部呼吁將LINUX 2.6.21 內(nèi)核裝入內(nèi)存,。
在內(nèi)存條上有一個(gè)ROM,里面保留著內(nèi)存巨細(xì)、行地址數(shù),、列地址數(shù),、內(nèi)存的bank 數(shù)等信息，這些信息可以經(jīng)由過程I2C 總線來訪謁到,。作為一種通用設(shè)計(jì)方案,，要求能撐持各類分歧類型的內(nèi)存條。而在系統(tǒng)的調(diào)試過程中,，我們發(fā)現(xiàn)SM502 芯片的I2C 邏輯有bug ,。是以采用SM502 的gpio 來模擬I2C 時(shí)序，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存（DIMM）條信息的讀取,。并操作讀取到的信息對(duì)龍芯2F 措置器的DDR2 節(jié)制器進(jìn)行設(shè)置裝備擺設(shè)，收到精采的下場(chǎng),。經(jīng)測(cè)試,，今朝該系統(tǒng)撐持市場(chǎng)上的所有類型的內(nèi)存條。
5.旌旗燈號(hào)完整性設(shè)計(jì)
因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)模塊電路體積較小,，而電路的工作頻率較高,，是以整個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)旌旗燈號(hào)的完整性有嚴(yán)酷的要求,。龍芯2F 措置器的DDR2 內(nèi)存總路線工作頻率高達(dá)300MHz ，這部門電路是高速電路設(shè)計(jì)的一個(gè)瓶頸,，對(duì)這部門電路仿真的功效根基上可以反映出整個(gè)電路旌旗燈號(hào)傳輸?shù)南聢?chǎng),。下面以DDR2 節(jié)制旌旗燈號(hào)為例，描述該問題采納的設(shè)計(jì)體例和流程,。
在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中,，首先操作龍芯2F 的IBIS 模子和仿真工具[4]預(yù)先確定關(guān)頭旌旗燈號(hào)的走線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和匹配體例，由此來擬定PCB 布線的約束,。先提取PCB 布線前的仿真模子,，經(jīng)由過程不雅察看對(duì)應(yīng)的仿真功效波形，可確定獲得較好旌旗燈號(hào)質(zhì)量的走線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和匹配電路參數(shù),。完成PCB 布線后,，再提取現(xiàn)實(shí)拓?fù)溥M(jìn)行仿真，提取后的拓?fù)湟妶D3 所示,。此時(shí)模子已搜羅PCB 板的疊層和阻抗節(jié)制信息,，并對(duì)現(xiàn)實(shí)過孔進(jìn)行了建模。經(jīng)由過程調(diào)整走線并不雅察看仿真功效可獲得最終最佳的走線,。圖4 給出了調(diào)整后的仿真功效,，可以不雅察看到在receiver 端獲得了較好的旌旗燈號(hào)質(zhì)量，同時(shí)driver 端的過沖現(xiàn)象也在可接管的規(guī)模內(nèi),。最后在現(xiàn)實(shí)板極調(diào)試中再測(cè)量現(xiàn)實(shí)旌旗燈號(hào)波形,，經(jīng)由過程調(diào)整匹配元件進(jìn)行微調(diào)來確保現(xiàn)實(shí)旌旗燈號(hào)質(zhì)量的靠得住性,。實(shí)踐剖明,，基于這種體例和流程能削減旌旗燈號(hào)完整性帶來的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，降低調(diào)試難度,。本文稿中所有仿真IC modeling 參數(shù)為typical,，driver 的激勵(lì)旌旗燈號(hào)為133MHz 周期旌旗燈號(hào)。
6.小結(jié)
本文介紹了基于龍芯2F 措置器的車載和便攜設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程,，首要對(duì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),、軟件系統(tǒng)、旌旗燈號(hào)的完整性設(shè)計(jì),、提高整機(jī)效率等關(guān)頭手藝進(jìn)行了闡述,。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，既能自力工作又供給了矯捷的擴(kuò)展接口,，具有很年夜的應(yīng)用前景,。