专利名称：一种龙芯－1cpu的网络计算机主板系统及复位方法
技术领域：
本发明涉及网络计算机，特别是涉及一种龙芯-1CPU的网络计算机主板系统及复位方法。
网络计算机这个概念出现于二十世纪九十年代，当时的出发点是尽量裁剪个人计算机中的一些设备(比如硬盘、光驱、软盘等)，降低计算机的成本，在当时个人计算机成本比较高的时期，这种思路有一定的意义，但是随着PC机性能价格比的日益提高，在PC机的价格已经很低的今天了，从降低成本的角度来说，网络计算机的优势已经不太明显。倒是随着计算机网络的日益发展，安全问题的日益突出，此时网络计算机的非常安全、便于管理、软件升级简单的优点就突现出来。
本着开发具有自主知识产权、具有极强安全性的网络计算机这一考虑，我们设计开发了具有自己特色的基于龙芯-1CPU的网络计算机主板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种龙芯-1CPU的网络计算机主板系统及复位方法。基于龙芯-1的网络计算机主板开发方案由于网络计算机具有很高的系统安全性、使用简单、管理方便，而且成本低廉，在网络教育和电子政务等方面得到越来越多的应用。中国科学院计算技术研究所数字化室在国家“十五”863计划重点项目、中科院重大项目、计算所创新课题的资助下，研究并开发了具有自主产权、性能稳定、安全、价格低廉，可以广泛应用于我国多种行业信息化建设的网络计算机(NC)——神州天脉网络计算机。本发明具体采用了以下新技术及思路1、采用了国产龙芯-1CPU(由计算所发明，是MIPS体系结构的通用CPU，已申请国家专利，申请号01135045.8)，具有极高的安全性；2、采用计算机串口对系统进行调试，在系统启动早期，可以方便地观察系统的运行情况；3、采用低功耗设计技术，使整个主板的功耗小于30瓦，主板上无需另加散热片和散热风扇；4、把显卡BIOS(基本输入输出系统)整合到主板BIOS(基本输入输出系统)里，使本系统更加小巧5、采用DOC(片上磁盘)技术，使网络计算机系统引导速度明显加快；6、使用高级语言-C语言来编写BIOS(基本输入输出系统)，增加代码的可读性，便于调试和程序员之间的相互交流；7、在BIOS(基本输入输出系统)里仿真了基于X86体系结构的显卡仿真程序，这使得其他厂商开发的基于X86体系的显卡，可以在进入Linux内核之前，把显卡点亮，在屏幕上显示BIOS(基本输入输出系统)的启动情况；8、本发明集成了智能卡读写器，它符合ISO 7816-3字符协议标准(T＝0)，用于网络计算机的安全认证；9、集成了内外网切换功能。通过面板按钮，能够方便地实现内外网切换。
考虑到网络计算机的安全，我们使用了具有自主知识产权的龙芯-1CPU，这是系统安全的基石。龙芯-1CPU具有以下特点是国内的第一款32位RISC(精简指令集计算机)结构的CPU；采用了动态流水线技术以及超标量结构；尤其重要的是在系统硬件里进行了安全方面的设计，使它能有效地防犯一大类使用缓冲区溢出技术进行的网络攻击，这样使得这一款网络计算机(NC)主板具有了高性能、高安全的基础。
为了便于调试，本主板采用了基于RS232接口的调试方法，在显卡点亮显示器之前，可以通过串口输出，在另一台计算机上看到BIOS(基本输入输出系统)的启动情况，同时也可通过串口对PCI(周边元件扩展接口)等的配置空间进行调试等等，非常方便。
本网络计算机主板采用了基于低功耗设计的CPU(龙芯-1)、NEC公司的北桥BONITO32以及VIA公司的南桥VT82C686A等这些低功耗集成电路，使得整个主板的功耗极低，无需使用散热片以及风扇，这个主板的总功耗小于30W，低功耗的设计进一步提高了系统的可靠性。
BIOS(基本输入输出系统)采用SST28SF040型号。
龙芯-1网络计算机主板还首创性地使用了全新的复位时序方法。当按下复位按钮以后，经过复位产生电路，产生复位信号，先送到南桥(VIA南桥686A)，让南桥复位；接着，从南桥产生一个新的复位信号送到北桥(NEC公司的北桥BONITO32)，对北桥进行复位；北桥复位后，产生一个复位信号，传到龙芯-1CPU，让CPU产生复位，这种设计思路很独特，整个流程非常清晰，系统时序也非常明确，易于调试。
我们还创造性地使用了龙芯-1CPU+BONITO(北桥)+VT82C686A(南桥)的系统架构，这种结构采用了不同公司的南北桥，尤其是VIA的南桥，它集成了AC97音频接口、USB(通用串行总线)接口、IDE接口、PS2接口、并口以及串口等设备，具有比较低的成本，而且完全能满足网络计算机应用的要求。
为了更好地保护知识产权，在此系统的网卡设备上(93C46)，采用了硬件加密措施，在特定的存储地址写入特定的数据记录，通过软硬件相结合的方法，可以很好地实现系统加密访问，保护系统资源不受非法使用，维护开发者的权益。
由于显卡设计及开发的复杂性，同时为了更好地兼容显卡厂商所开发的基于X86体系的显卡，在本系统的BIOS(基本输入输出系统)部分，固化了基于X86的显卡仿真程序，这样其他厂商开发的基于X86体系的显卡的驱动程序，在进入Linux内核之前，就能点亮显卡，显示BIOS(基本输入输出系统)的启动情况，让使用者了解计算机的初始化进展情况。在BIOS(基本输入输出系统)开发上，我们还采用了基于高级语言-C语言的开发方式，其最大的特点是易于开发和便于修改，便于阅读和程序员之间进行交流，对我们快速地开发出原型机，起到了很大的促进作用。在系统设计上，本主板采用8位和16位BIOS(基本输入输出系统)可选方式，扩充了BIOS(基本输入输出系统)芯片的选择范围；同时，系统把SDRAM(同步动态随机存储器)以及部分硬件的参数固化在BIOS(基本输入输出系统)里，这样，看似减少了BIOS(基本输入输出系统)可修改的参数范围，但是增强了网络计算机的可靠性(因为在网络计算机上，SDRAM、网卡以及声卡和显卡都集成主板上，主板上可升级的硬件很少，所以BIOS(基本输入输出系统)的可修改性并不重要)，用户使用及维护很简单，这样才能突出网络计算机的便于管理、易于维护、安全可靠的最大特点。
基本输入输出系统(3)整合到主板系统内。
本设计采用了DOC(disk on chip)技术，加快系统的引导速度，同时还减轻了服务器的负担，在64MB的闪存(flash)上装载了网络计算机嵌入式操作系统(其中包括网络计算机应用软件和驱动程序)，在网络计算机开机初始化过程中，直接从DOC进行引导，而不是从服务器引导，降低了网络和服务器的负载，同时还加快了系统启动速度和启动的稳定性。此外，在硬件上采取措施，在系统开发完成以后，把DOC做成只读形式，这样，用户就能更可靠地使用网络计算机，而不用担心DOC的内容受到有意或无意的篡改，增强了网络计算机使用的可靠性以及安全性。
基于龙芯-1CPU的网络计算机主板还使用了其他小型化的措施了，比如使用了144线DIMM的内存条，裁剪掉并口，保留了一个串口、一个144线的内存插槽以及两个PCI插槽，所有这些措施，使得网络计算机主板的面积进一步减少。
这块基于龙芯-1CPU的网络计算机主板采用了4层PCB(印刷电路板)布线技术，减小了主板制版的成本，方便了以后的批量生产。
内存条5使用144线DIMM的内条存。7是IDE接口。8是两个PCI插槽。
本发明既充分地利用了已有技术，而且还创造性地采用了许多新技术及新思想，系统具有很高的实用性。
权利要求
1.一种龙芯-1CPU的网络计算机主板系统，包括龙芯-1(1)，连接于北桥(2)，用于整个系统的中央数据处理；北桥(2)，连接于南桥(4)和基本输入输出系统(3)，用于内存的控制逻辑，提供CPU的复位时序及周边元件扩展接口设备的控制；基本输入输出系统(3)，用于整个的初始化；南桥(4)，用于低速外围设备的控制逻辑。
2.根据权利要求1的龙芯-1CPU的网络计算机主板系统，其特征在于，北桥(2)采用BONITO32。
3.根据权利要求1的龙芯-1CPU的网络计算机主板系统，其特征在于，基本输入输出系统(3)采用SST28SF040。
4.根据权利要求1的龙芯-1CPU的网络计算机主板系统，其特征在于，南桥(4)采用VT82C686A。
5.根据权利要求1的龙芯-1CPU的网络计算机主板系统，其特征在于，南桥(4)用于低速外围设备的控制逻辑包括键盘、鼠标、串口、并口、USB口以及AC97(6)。
6.根据权利要求1的龙芯-1CPU的网络计算机主板系统，其特征在于，基本输入输出系统(3)整合到主板系统内。
7.根据权利要求1的龙芯-1CPU的网络计算机主板系统，其特征在于，采用片上磁盘技术，使网络计算机系统引导速度明显加快。
8.根据权利要求1或6的龙芯-1CPU的网络计算机主板系统，其特征在于，在BIOS基本输入输出系统里仿真了基于X86体系结构的显卡仿真程序，这使得其他厂商开发的基于X86体系的显卡，可以在进入Linux内核之前，把显卡点亮，在屏幕上显示BIOS基本输入输出系统的启动情况。
9.根据权利要求1的龙芯-1CPU的网络计算机主板系统，其特征在于，使用高级语言-C语言来编写BIOS基本输入输出系统，增加代码的可读性，便于调试和程序员之间的相互交流。
10.一种龙芯-1CPU的网络计算机主板系统的复位方法，步骤如下启动复位按钮，经复位产生电路，产生复位信号，送到南桥使其复位；从南桥产生新的复位信号送到北桥，使其复位；北桥复位后产生一个复位信号，送到龙芯1-CPU，使其复位。
全文摘要
本发明涉及网络计算机，特别是涉及一种龙芯－1 CPU的网络计算机主板系统及复位方法。该系统包括龙芯－1 CPU、北桥、南桥、基本输入输出系统。复位方法包括启动复位按钮，经复位产生电路，产生复位信号，送到南桥使其复位；从南桥产生新的复位信号送到北桥，使其复位；北桥复位后产生一个复位信号，送到龙芯1－CPU，使其复位。本发明既充分地利用了已有技术，而且还创造性地采用了许多新技术及新思想，系统具有很高的实用性。
文档编号G06F1/24GK1455307SQ03140698
公开日2003年11月12日 申请日期2003年6月6日 优先权日2003年6月6日
发明者罗海勇 申请人:中国科学院计算技术研究所