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基于GeodeTMGX1的嵌入式系统设计

发布时间:2020-06-30 20:35:34 阅读: 来源:滤袋厂家

摘要:介绍国家半导体公司(NS)的Geode TMGX1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Geode TMGX1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。

1 GX1与CS5530

GX1处理器采用0.18μm CMOS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Ultra IDE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SUPER I/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(Diskk on Chip)作为操作系统载体。图5 DOC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)模拟视频接口

GX1内含图形加速单元,最高支持分辨率可达到12801024(8位色)或1024768(16位色)。

CS5530内部集成视频数模转换器(VDAC),可直接支持CRT和TFT平板显示设备。基于成本考虑,我们选择使用CRT监视器,其视频接口是模拟电路部分。为保证高速视频信号的完整性和稳定传输,在设计时,需要采取以下措施:对RGB信号加并行端接阻抗匹配和滤波处理,同时加二极管保护电路。图6为其参考电路。

此外,在布线时应注意尽量与其它数字信号隔离,以减小干扰。

(4)以太网接口

由于系统要求高速联网设备,我们提供最常用的10/100M自适应以太网接口。RTL8139C是目前业界使用最广泛也是性价比较高的以太网控制器芯片。图6 模拟视频接口电路 RTL8139C数据总线挂在PCI总线上,这部分设计比较简单。需要注意的是RJ45接口部分,由于其数据传输速度很高,为避免信号之间的相互串扰,在电路设计上需要采取一定的抗干扰措施,其参考电路如图7所示。

4 软件系统

由于系统与X86体系兼容,因此,其引导过程与通用PC类似。国家半导体公司提供了完整的BIOS程序和相关的设备驱动程序(包括Linux、Windows以及QNX、VxWorks等平台)。图7 以太网接口 在当前现有的嵌入式操作系统中,Linux系统具有开放、免费、可根据选择Linux作为操作系统,并基于该系统平台,开发实现新的应用程序。将应用软件连同操作系统写入DOC,就构成了完整的嵌入式系统。

5 结论

嵌入式系统设计是很复杂的系统工程,其应用千差万别,需要慎重考虑性能、功耗、成本及人机接口等各方面因素。基于GX1与CS5530的嵌入式系统作为X86体系的解决方案,对于STB(机顶盒)、WBT(基于Windows的终端)及PC架构的非PC设备等应用环境是一个比较好的选择。

linux操作系统文章专题:linux操作系统详解(linux不再难懂)

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