基于龙芯处理器的VPX单板计算机的制作方法

基于龙芯处理器的vpx单板计算机
技术领域
1.本公开涉及嵌入式系统技术领域，尤其涉及一种基于龙芯处理器的vpx单板计算机。


背景技术：

2.随着集成电路、计算机处理技术和软件技术的飞速发展，嵌入式系统也随之快速发展演变。嵌入式系统在工业范围应用日益广泛，传统单板计算机一般分为基于arm处理器和基于x86处理器的单板计算机，一般都有价格较高，维修周期长等缺点，并且，现有的基于x86处理器的单板计算机的数据处理能力有限，难以满足高速处理数据的需求。龙芯是国产cpu，具有较高的性能功耗比及性价比，但是目前对于龙芯系列处理器的应用缺少解决方案。因此，需要一种基于龙芯处理器的vpx单板计算机，用于高速处理数据。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，提出了本公开。本公开的实施例提供了一种基于龙芯处理器的vpx单板计算机。
4.根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于龙芯处理器的vpx单板计算机，包括：pcb电路板；在所述pcb电路板上设置有龙芯处理器模块、存储模块、龙芯芯片组、vpx连接器模块、复位接口、串口和对外接口模块；所述龙芯处理器模块分别与所述复位接口、串口和所述存储模块连接；所述龙芯处理器模块和所述龙芯芯片组分别与所述vpx连接器模块连接；所述龙芯芯片组与所述对外接口模块连接；所述龙芯处理器模块和所述龙芯芯片组通过连接总线连接。
5.可选地，所述vpx连接器模块包括：连接器p0；所述连接器p0用于与电源连接并接入复位信号。
6.可选地，所述vpx连接器模块包括：连接器p1；所述连接器p1包括：srio接口；在所述pcb电路板上设置有srio交换模块和pcie srio模块；所述srio交换模块分别与所述连接器p1的srio接口和所述pcie srio模块连接，所述pcie srio模块通过pcie信号线与所述龙芯芯片组连接。
7.可选地，所述vpx连接器模块包括：连接器p2；所述连接器p2包括pcie接口；所述龙芯芯片组与所述连接器p2的pcie接口通过pcie信号线连接。
8.可选地，所述vpx连接器模块包括：连接器p3；所述连接器p3包括srio接口和gpio接口；所述龙芯芯片组与所述连接器p3的gpio接口连接。
9.可选地，所述vpx连接器模块包括：连接器p4；所述连接器p4包括base-bx接口；在所述pcb电路板上设置有nic模块；所述龙芯芯片组通过所述nic模块与所述连接器p4的base-bx接口连接，其中，所述龙芯芯片组使用pcie信号线与所述nic模块连接。
10.可选地，所述vpx连接器模块包括：连接器p5和连接器p6；所述连接器p5包括dvi接口和vga接口、usb接口、sata接口和第一rs串口；所述龙芯芯片组与所述连接器p5的dvi接
口和vga接口、usb接口和sata接口连接；所述连接器p6包括第二rs串口；在所述pcb电路板上设置有urat模块；所述龙芯芯片组通过所述urat模块分别与所述第一rs串口、所述第二rs串口接口连接；其中，所述龙芯芯片组使用pcie信号线与所述urat模块连接。
11.可选地，在所述pcb电路板上设置有基板管理控制器bmc模块和调试接口；所述基板管理控制器bmc模块和所述调试接口连接。
12.可选地，在所述pcb电路板上设置有sata模块；所述sata模块和所述龙芯芯片组连接；所述存储模块包括：ddr模块和flash模块；所述龙芯处理器模块分别与所述ddr模块和所述flash模块连接；所述对外接口模块包括：usb接口、vga接口、以太网接口中的至少一个。
13.可选地，所述龙芯处理器模块包括：龙芯3a4000处理器；所述龙芯芯片组包括：龙芯7a1000芯片组。
14.基于本公开上述实施例提供的基于龙芯处理器的vpx单板计算机，基于龙芯处理器的vpx单板计算机，提供了基于国产处理器的主板及其单板计算机的解决方案，能够满足多种计算需求，可以降低系统建造和维护成本，具有高的性能、低成本、低功耗的特点；采用自主设计，安全性高；数据通信速率高，可以满足对数据大带宽的需求，可长时间稳定可靠工作；接口资源丰富，兼容性强，可满足不同的需求，提高了产品质量和可靠性。
15.下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
16.通过结合附图对本公开实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其他目的、特征以及优势将变得更加明显。附图用来提供对本公开实施例的进一步的理解，并且构成说明书的一部分，与本公开实施例一起用于解释本公开，并不构成对本公开的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
17.图1为本公开的基于龙芯处理器的vpx单板计算机的一个实施例的模块示意图；
18.图2为本公开的基于龙芯处理器的vpx单板计算机的一个实施例的原理示意图；
19.图3为本公开的基于龙芯处理器的vpx单板计算机的实物示意图。
具体实施方式
20.下面将参考附图详细地描述根据本公开的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是本公开的全部实施例，应理解，本公开不受这里描述的示例实施例的限制。
21.应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
22.本领域技术人员可以理解，本公开实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。
23.还应理解，在本公开实施例中，“多个”可以指两个或者两个以上，“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。
24.还应理解，对于本公开实施例中提及的任一部件、数据或结构，在没有明确限定或
者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。
25.另外，本公开中术语“和/或”，仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，如a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本公开中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
26.还应理解，本公开对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。
27.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
28.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
29.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
31.本公开的实施例可以应用于终端设备、计算机系统、服务器等电子设备，其可与众多其它通用或者专用计算系统环境或配置一起操作。适于与终端设备、计算机系统或者服务器等电子设备一起使用的众所周知的终端设备、计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于：个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统、大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境等。
32.如图1所示，本公开提供一种基于龙芯处理器的vpx单板计算机，包括pcb电路板11，在pcb电路板11上设置有龙芯处理器模块12、存储模块14、龙芯芯片组13、vpx连接器模块15、复位接口16、串口17和对外接口模块18等。龙芯处理器模块12分别与复位接口16、串口17和存储模块14连接，龙芯处理器模块12和龙芯芯片组13分别与vpx连接器模块15连接，龙芯芯片组13与对外接口模块18连接。龙芯处理器模块12和龙芯芯片组13通过连接总线连接，连接总线可以为ht link等，ht link为cpu到主板芯片之间的连接总线。
33.龙芯处理器模块可以为龙芯3a4000处理器等，龙芯芯片组可以为龙芯7a1000芯片组等。龙芯3a4000处理器、龙芯芯片组都为国产。龙芯3a4000处理器是龙芯3号系列处理器中基于gs464v微架构的四核处理器，相比上一代gs464e微架构，龙芯3a4000处理器可以进一步提升运行频率，加强对虚拟化、向量支持、加解密、安全机制等方面的支持，操作系统应用程序与龙芯3a3000实现二进制兼容。龙芯3a4000采用全新的fcbga-1211封装，不再向前兼容，龙芯3a4000处理器的主频在1.2ghz以上。
34.龙芯7a1000芯片组也称为龙芯7a1000桥片，是面向龙芯3号处理器的芯片组。龙芯7a1000桥片通过ht3.0接口与龙芯3a4000处理器相连，集成gpu、显示控制器和独立显存接口，外围接口包括32路pcie2.0、2路gmac、3路sata2.0、6路usb2.0和其它低速接口，可以满足桌面和服务器领域对io接口的应用需求，并通过外接独立显卡的方式支持高性能图形应用需求。龙芯7a1000桥片内部集成gpu：gpu支持opengl es2.0和opengl es1.1，主频不低于100-500mhz，显存不低于128mb；龙芯7a1000桥片具备2d/3d图形引擎，支持vga、dvi接口。
35.本公开提供一种基于龙芯处理器的vpx单板计算机，可以提供标准的6uvpx主板，
采用龙芯3a4000处理器并支持dvi、vga显示,提供srio、pcie、以太网、usb、串口等多种接口。
36.在一个实施例中，如图2所示，vpx连接器模块包括连接器p0，连接器p0用于与电源连接并接入复位信号。vpx连接器模块包括连接器p1，连接器p1包括srio接口；在pcb电路板上设置有srio交换模块和pcie srio模块；srio交换模块分别与连接器p1的srio接口和pcie srio模块连接，pcie srio模块通过pcie信号线与龙芯芯片组连接。srio是面向嵌入式系统开发提出的高可靠、高性能、基于包交换的新一代高速互联技术；pcie(peripheral component interconnect express，高速串行计算机扩展总线标准)是一种高速串行计算机扩展总线标准。
37.vpx连接器模块包括连接器p2，连接器p2包括pcie接口，龙芯芯片组与连接器p2的pcie接口通过pcie信号线连接。vpx连接器模块包括连接器p3，连接器p3包括srio(serial rapidio)接口和gpio(general-purpose input/output)接口，龙芯芯片组与连接器p3的gpio接口连接。vpx连接器模块包括连接器p4，连接器p4包括base-bx接口，在pcb电路板上设置有nic模块；龙芯芯片组通过nic模块与连接器p4的base-bx接口连接，龙芯芯片组使用pcie信号线与nic模块连接。
38.gpi(general-purpose input)为通用型之输入的简称，gpo(general-purpose output)为通用型之输出的简称；nic(network interface controller，网络接口控制器)模块被设计用来允许计算机在计算机网络上进行通讯的计算机硬件。由于nic模块拥有mac地址，因此属于osi模型的第1层，它使得用户可以通过电缆或无线相互连接。每一个网卡都有一个被称为mac地址的48位串行号，它被写在卡上的一块rom中。在网络上的每一个计算机都必须拥有一个独一无二的mac地址。网卡(network interface card，简称nic)，也称网络适配器，是电脑与局域网相互连接的设备，网卡的主要工作原理是整理计算机上发往网线上的数据，并将数据分解为适当大小的数据包之后向网络上发送出去。对于网卡而言，每块网卡都有一个唯一的网络节点地址，它是网卡生产厂家在生产时烧入rom(只读存储芯片)中的，叫做mac地址(物理地址)，且保证绝对不会重复。
39.vpx连接器模块包括连接器p5和连接器p6，连接器p5包括dvi(digital visual interface)接口和vga(video graphics array)接口、usb接口、sata(serial ata，即串行ata)和usb(universal serial bus，通用串行总线)接口和第一rs串口。龙芯芯片组与连接器p5的dvi接口和vga接口、usb接口和sata接口连接。连接器p6包括第二rs串口，在pcb电路板上设置有urat(通用异步收发传输器，universal asynchronous receiver/transmitter)模块。龙芯芯片组通过urat模块分别与第一rs串口、第二rs串口接口连接，龙芯芯片组使用pcie信号线与urat模块连接。
40.在pcb电路板上设置有基板管理控制器bmc模块和调试接口，基板管理控制器bmc模块和调试接口连接。在pcb电路板上设置有sata模块，sata模块和龙芯芯片组连接。存储模块包括ddr模块和flash模块，龙芯处理器模块分别与ddr模块和flash模块连接，对外接口模块包括usb接口、vga接口、以太网接口等。
41.vga(video graphics array)即视频图形阵列，具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点。dvi(digital visual interface)接口，即数字视频接口，dvi是基于tmds(transition minimized differential signaling，转换最小差分信号)技术来传输数字
信号。usb是一个外部总线标准，规范电脑与外部设备的连接和通讯，包括usb1.0、usb2.0、usb3.0标准等。usb 3.1gen2是最新的usb规范。
42.bmc(baseboard management controller)基板管理控制器(模块)为基板管理控制器，可以在机器未开机的状态下，对机器进行固件升级、查看机器设备等一些操作。在bmc中完全实现ipmi功能需要一个功能强大的16位元或32位元微控制器以及用于数据储存的ram等。bmc模块的主要为远程系统管理提供ipmi v1.5 lan消息，包括系统状态监视；重启、重新供电、断电等底板控制；fru资讯，少量sel资讯用入口；bios保护和选择等。
43.在一个实施例中，如图2和3所示，本公开的基于龙芯处理器的vpx单板计算机为符合vpx规范的6u vpx单板计算机,采用自主可控的龙芯3a4000处理器和龙芯7a1000芯片组,板载16gb内存，支持dvi、vga显示,提供srio、pcie、以太网、usb、串口等多种接口,适用多种应用领域。龙芯3a4000的4核处理器的主频在1.2ghz以上，板载16gb ddr4 sdram,ecc；板上提供sataii接口；板卡通过12v主供电，支持板卡管理，操作系统可以为麒麟等国产操作系统。主板的典型功耗:《70w；可提供常温(0-55℃)、宽温(-40-85℃)版本,相对湿度0-95％；散热方式：风冷、导冷。
44.龙芯3a4000处理器的主要技术指标为：主频：1.8ghz
–
2.0ghz；核心个数：4；处理器核：64位超标量处理器核gs464v；mips64兼容；支持128/256位向量指令。龙芯7a1000芯片组技术指标为：处理器接口：ht3.0 x16 3.2gbps；处理器连接：双路处理器直连；gpu：支持2d、3d；显存：ddr3 16位；显示接口：dvo*2；pcie接口：pcie2.0*32(共12ports)；网络接口：rgmii千兆网*2；硬盘接口：sata2.0*3；扩展总线：lpc；其他接口：spi、uart*4、i2c*6、gpio。风扇转速调节：pwm*4；实时时钟：rtc；电源管理：acpi；内存：支持双通道内存扩展,板载16gb ddr4 sdram,支持ecc,全部采用贴片式内存。
45.srio接口：本公开的单板计算机通过1片pcie-srio桥片tsi721和srio交换芯片cps1848/nrs1800，对外在vpx的p1和p3连接器上提供8路x4srio,srio默认速率3.125gbps,可以通过修改硬件配置成1.25,2.5,3.125,5.0gbps。pcie-srio桥片tsi721支持x4 pcie与x4 srio转接,pcie-srio之间支持8组dma通道,pcie接口支持gen1,gen2,支持x4/x2/x1链接srio接口支持1.25,2.5,3.125,5.0gbps等速率,支持x4/x2/x1链接,支持nread/nwrite/nwrite_r/swrite/maintenance/doorbell/message等srio操作,驱动支持中标麒麟和国产实时操作系统。
46.本公开的单板计算机通过在vpx p2连接器上对外提供4组x4或2组x8pcie 2.0接口，默认配置4组x4 pcie 2.0接口,通过硬件可以修改为2组x8 pcie2.0接口。本公开的单板计算机通过intel网络接口芯片在vpx p4连接器扩展4路千兆以太网(2组1000base-t,2组1000base-bx),前面板出1组1000base-t网络接口。
47.chipset(芯片组)是一组共同工作的集成电路“芯片”，负责将计算机的核心-微处理器和机器的其它部分相连接，是决定主板级别的重要部件。8g/16g ddr4ecc为内存条，vga(video graphics array)为视频图形阵列，具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点。usb(universal serial bus，通用串行总线)接口是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。
48.在一个实施例中，如图2所示，本公开的单板计算机以龙芯3a4000(龙芯3a4000处理器)为核心,对外通过1片pcie-srio桥片tsi721和srio交换芯片cps1848/nrs1800对外提
供8路x4 srio,srio默认速率3.125gbps,对外提供4组x4或2组x8 pcie 2.0接口,处理器提供1路vga前出和1组dvi、1组vga(前后复用)vpx显示接口,通过网络接口芯片扩展4路千兆以太网(2组1000base-t,2组1000base-bx)和前出1路千兆以太网(1000base-t),通过龙芯7a1000桥片扩展3组sata2.0接口(其中1组板载msata盘)、6组usb接口(usb2.0),vpx连接器上提4路串口(2路rs232,2路rs232/rs422/485),前出1路rj45外型rs232标准串口。板载bmc电路,支持主板进行计算机温度、电压监测。
49.vpx连接器模块的p0连接器提供复位信号，以及本板卡供电。p1连接器：龙芯国产处理器3a4000的一个引脚引出1路htlink信号，经过7a1000芯片组(龙芯7a1000芯片组)引出一路pcie x4到pcie转srio芯片，转换出一路srio x4经过srio转换器，转换出4路srio x4信号连接到p1连接器上。p2连接器：龙芯3a4000的一个引脚引出1路htlink信号，经过7a1000芯片组出2路pciex8 2.0以及4路pciex4 2.0信号连接到p2连接器上。p3连接器：龙芯3a4000的一个引脚引出1路htlink信号，经过7a1000芯片组出8路gpio信号连接到p3连接器上，龙芯3a4000的一个引脚引出1路htlink信号，经过7a1000芯片组引出一路信号经过srio转换芯片出4路sriox4信号连接到p3连接器上。
50.p4连接器：龙芯3a4000的一个引脚引出1路htlink信号，经过7a1000芯片组引出1路pciex4，经过nic网络接口控制器引出2路1000base-t和2路1000base-bx信号连接到p4连接器上。p5连接器：龙芯3a4000的一个引脚引出1路htlink信号，经过7a1000芯片组引出1路dvi-d和1路vga连接到p5连接器上，龙芯3a4000的一个引脚引出1路htlink信号，经过7a1000芯片组引出4路usb2.0信号连接到p5连接器上，龙芯3a4000的一个引脚引出1路htlink信号，经过7a1000芯片组引出2路sata 2.0信号连接到p5连接器上，龙芯3a4000的一个引脚引出1路htlink信号，经过7a1000芯片组引出1路pciex1信号经过pcie-uart芯片转换出2路rs232/422/485信号连接到p5连接器上。p6连接器：龙芯3a4000的一个引脚引出1路htlink信号，经过7a1000芯片组引出1路pciex1信号经过pcie-uart芯片转换出2路rs232信号连接到p6连接器上。
51.龙芯3a4000的一个引脚连接到8/16g ddr4 ecc内存；龙芯3a4000的一个引脚连接到flash芯片；龙芯3a4000的一个引脚引出1*rs232连接到前面板rj45外形串口上，做串口使用。龙芯3a4000的一个引脚引出1路htlink信号，经过7a1000芯片组经过rgb转换一组信号连接到vga上，vga为前出口，用做视频显示接口。龙芯3a4000的一个引脚引出1路rs232信号连接到前出rj45串口；龙芯3a4000的一个引脚出1路信号连接到复位和led指示灯。龙芯3a4000的一个引脚出1路htlink信号，经过7a1000芯片组引出1路1000base-t信号连接到前面板rj45网口，连接网线供单板计算机上网使用。龙芯3a4000的一个引脚出1路htlink信号，经过7a1000芯片组引出2路usb2.0信号连接到usb口。
52.以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势以及效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
53.上述实施例中的基于龙芯处理器的vpx单板计算机，提供了基于国产处理器的主板及其单板计算机的解决方案，能够满足多种计算需求，可以降低系统建造和维护成本，具有高的性能、低成本、低功耗的特点，可以广泛应用于军工、工业等领域；采用自主设计，安
全性高；数据通信速率高，可以满足对数据大带宽的需求，可长时间稳定可靠工作；接口资源丰富，兼容性强，可满足不同的需求，提高了产品质量和可靠性。
54.可能以许多方式来实现本公开的方法和装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和装置。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
55.还需要指出的是，在本公开的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
56.提供所公开的方面的以上描述，以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改等对于本领域技术人员而言，是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面，而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
57.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式中。尽管以上已经讨论了多个示例方面以及实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。