一种基于申威处理器和ICH2桥片的COMe模块化计算机系统的制作方法

本实用新型涉及计算机模块领域，尤其是一种基于申威处理器和ICH2桥片的COMe模块化计算机系统。

背景技术：

目前，模块化方案设计的重要性日益凸显，COMe模块作为高集成的计算机模块，可以不外接线缆实现系统扩展以及面向应用定制的方案，应用嵌入式计算机模块，客户可以从复杂的设计中解脱出来，无需兼顾单板计算机的设计和维护，从而可以集中精力关注自己的核心业务。嵌入式计算机模块具有尺寸和性能的高灵活性、开发周期短、使产品快速推向市场、良好的互换性、知识再利用、稳定可靠等优势；一方面，目前市场上的COMe模块化计算机主要采用国外处理器芯片，如Intel、AMD和Freescale等芯片，其无法做到自主、安全可控，存在极大的信息安全隐患，且硬件成本较高；部分采用国产化处理器，其主要通过搭载国外厂商的南、北桥芯片方式实现，南北桥方案复杂度大，并且每种南北桥都需要与对应的CPU适配，采用国产CPU与之搭配匹配度低，因此其稳定性、可靠性、灵活性及应用推广方面存在一定的缺陷和不足；另一方面若从芯片级开发，必然会存在技术难度大、开发周期长、成本花费高等问题。

申威处理器是具有自主知识产权的国产高性能处理器，国产ICH2桥片稳定性好、可靠性高、接口丰富等优点，

现有技术未将申威处理器搭载ICH2桥片运用在COMe模块设计中，因此本申请将提供将申威处理器搭载ICH2桥片设计一种COMe模块，解决了现有的COMe模块存在的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：本实用新型公开了一种基于申威处理器和ICH2桥片的COMe模块化计算机系统，解决了现有COMe模块主要采用国外处理芯片硬件成本高、部分采用国产处理器搭载国外桥片导致其稳定性不高的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于申威处理器和ICH2桥片的COMe模块化计算机系统，包括连接器A-B、连接器C-D和模块电源，还包括配置模块时钟和管理模块电源的FPGA、申威处理器和ICH2桥片，所述申威处理器通过PCI-E总线连接ICH2桥片，所述ICH2桥片通过PCI-E总线连接连接器A-B和连接器C-D，所述FPGA与模块电源的内外电源信号连接。

优选地，所述申威处理器通过PCI-E3.0x8总线与ICH2桥片的上行PCI-E端口连接，ICH2桥片通过下行3路PCI-E2.0x4总线分别连接连接器A-B，其通过下行1路PCI-E2.0x4总线与连接器C-D连接，所述ICH2桥片通过电平转换单元连接连接器A-B。

优选地，所述FPGA通过连接模块内外的电源信号将其编程输出控制信号和状态信号实现电源管理和电源模式兼容，所述FPGA还设置有用于配置时钟的I2C Master。

优选地，所述电源模式包括AT工作模式和ATX工作模式。

优选地，所述申威处理器提供1路单通道DDR3控制器配置系统内存，所述ICH2桥片还提供板载表贴DDR3独立显存，所述ICH2桥片通过连接DAC及DDR3独立显存后连接连接器A-B和连接器C-D实现系统显示。

优选地，所述连接器A-B、连接器C-D、模块电源、FPGA、申威处理器、ICH2桥片、DDR3控制器和DDR3独立显存均安装在PCB板上，所述模块电源安装在独立区域，用于避免电源影响元器件特性。

优选地，所述PCI-E总线与电平转换单元、DAC及DDR3独立显存对应的低速信号总线分区域安装，用于避免信号间干扰。

优选地，所述PCB板面积为125mm*95mm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型实现国产申威处理器搭载国产ICH2桥片运用在COMe模块，通过PCB合理布局、FPGA电源管理和时序配置等设置，解决了现有COMe模块主要采用国外处理芯片硬件成本高、部分采用国产处理器搭载国外桥片导致其稳定性不高的问题，保证了COMe模块的可扩展性和灵活性，达到了提高嵌入式产品的可靠性和稳定性、降低成本的效果；

2.本实用新型将国产申威处理器结合国产ICH2桥片实现真正的信息安全，提升国产化率，提高效率，降低成本，缩短开发周期，保证作为高集成的嵌入式模块化计算机不外接线缆实现系统扩展以及面向应用定制，实现二次开发，避免复杂的设计，集中精力设计核心业务；

3.本实用新型利用FPGA设计I2C Master，在上电后控制时钟Buffer实现大部分的主要时钟，FPGA内部PLL实现其余的低速时钟，避免通过用晶振配置时钟带来的高成本的缺点，实现时钟的配置；

4.本实用新型FPGA通过连接申威处理器、ICH2桥片、各电源管理信号以及连接器A-B的电源管理信号实现电源的统一管理、电源时序的控制和电源模式的兼容；实现AT和ATX电源模式的兼容，自动检测并自适应兼容，避免硬件跳线或软件设置需要额外的设置的缺点；

5.本实用新型通过设置高速信号和低速信号之间的合理距离，避免高速信号干扰低速信号；通过将电源独立布局，防止模块温度过高；通过合理PCB布局，提高模块的抗干扰性和稳定性；

6.本实用新型ICH2桥片上行PCI-E与申威处理器互联通讯，下行可以实现4路PCI-E2.0x4，省掉了现有设计方案的PCI-E Switch，节省了PCB空间、降低了成本并减小了设计得复杂度，提高了系统的可靠性。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型的系统结构图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1对本实用新型作详细说明。

一种基于申威处理器和ICH2桥片的COMe模块化计算机系统，包括连接器A-B、连接器C-D和模块电源，还包括配置模块时钟和管理模块电源的FPGA、申威处理器和ICH2桥片，申威处理器通过PCI-E总线连接ICH2桥片，ICH2桥片通过PCI-E总线连接连接器A-B和连接器C-D，FPGA与模块电源的内外电源信号连接。

申威处理器通过PCI-E3.0x8总线与ICH2桥片的上行PCI-E端口连接，ICH2桥片通过下行3路PCI-E2.0x4总线分别连接连接器A-B，其通过下行1路PCI-E2.0x4总线与连接器C-D连接，ICH2桥片通过电平转换单元连接连接器A-B。

FPGA通过连接模块内外的电源信号将其编程输出控制信号和状态信号实现电源管理和电源模式兼容，FPGA还设置有用于配置时钟的I2C Master。

实施例1

系统包括申威处理器421、DDR3内存、ICH2桥片、FPGA和高密度连接器，布局在125mmx95mm大小的PCB板上，实现COMe模块化计算机设计，对外具有如SATA、USB、UART、DVI、VGA、LVDS、PCI-E、LPC、I2C等丰富的对外接口和总线，支持可信引导安全认证接口。申威处理器提供1路PCI-E3.0x8总线和单通道DDR3控制器，其中PCI-E3.0x8总线通过耦合电容和板内阻抗控制，与ICH2桥片的上行PCI-E端口互联，需严格控制该高速总线的PCB布局和走线，使PCI-E x8总线的数据传输速度达到双向80Gbps，满足外部高速设备对总线带宽的要求，比如SATA3.0、USB3.0、PCI-E总线；另外，CPU提供SPI Flash接口，用于自引导快速启动。ICH2桥片上行PCI-E与CPU互联通讯，下行可以实现4路PCI-E2.0x4，省掉了以往设计方案的PCI-E Switch，节省了PCB空间和降低了成本以及减小了设计得复杂度，提高了可靠性；申威处理器提供1路单通道DDR3控制器配置系统内存，ICH2桥片还提供板载表贴DDR3独立显存，ICH2桥片通过连接DAC及DDR3独立显存后连接连接器A-B和连接器C-D实现系统显示，实现在有限空间的PCB板上增设独立显存的同时提高显示分辨率和显示流畅性；该桥片集成了网络MAC控制器、显示控制器、SATA控制器、USB控制器等，能实现网路、显示、存储、USB等设备功能。

FPGA作为系统的控制管理平台，包括AT与ATX电源工作模式的兼容、电源的上下电时序控制、时钟配置、系统硬件初始配置等，保证系统中各硬件子系统能可靠运行。电源模式的控制参照ATX通用规范通过FPGA设计状态机配合开关机按键实现，AT电源模式下，+12V主电源上电后即执行自动开机流程；在关机时只结束系统进程，CPU挂起，不会断电；ATX电源模式下，系统开始在待机电源状态下，需要开机触发事件即开机按键或唤醒产生后才开始打开+12V主电源进入启动流程；在正常关机时，系统会先结束进程后关闭+12V主电源，重新进入到待机电源状态下；如果是长按关机键即大于4S，则直接关闭+12V主电源，进入到待机电源状态下；

系统需求多种单端和差分时钟配置，没有现成的时钟Buffer能够直接实现，用晶振实现会增加电路，引起成本增加，PCB布局紧张，为此，在FPGA设计了I2C Master，在上电后控制时钟Buffer实现大部分的主要时钟，FPGA内部PLL实现其余的低速时钟。系统硬件初始配置主要是对CPU和ICH2的初始状态及各模式的配置，通过GPIO设计实现。

COMe模块化计算机系统的尺寸为125mmx95mm，采用紧凑的PCB布局方案，主要从提高信号的抗干扰能力和完整性方面优化设计，提高系统的稳定性与可靠性；设计中考虑到CPU内核电源功耗较大，运行温度较高，为避免对周边芯片的影响，将内核电源布局在一个相对独立的范围内，防止温度对元器件特性、通讯信号质量的影响。另外，模块化计算机拥有PCI-E、SATA3.0、USB3.0等高速信号等，此类高速信号易干扰周边低速信号，在布局时将该类芯片及接口互相保持合理的距离，同时严格控制相邻走线宽度，防止信号线交叉。

本实用新型借助国产申威处理器的高性能特性，配合国产ICH2桥片稳定性好、可靠性高、接口丰富等优点，克服布局问题和时钟配置等问题，既保证了COMe模块化计算机性能、可扩展性及灵活性，又打破了国外处理器方案在COMe模块化计算机系统上的垄断且避免了使用国外南、北桥芯片方案带来的缺陷。