CN111258949A - 一种基于龙芯3a+7a+fpga的异构计算机模块 - Google Patents

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孙杰
孙振川
张天翼
李宗玲
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Abstract

本发明公开了一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，包括龙芯3A CPU以及与CPU互连的龙芯7A桥片、DDR3内存颗粒。龙芯7A桥片通过PCIe总线与FPGA相连，龙芯7A桥片同时与FPGA、PHY芯片、储存设备及串口接口芯片互连。DDR3内存颗粒、存储设备提供内存及数据存储功能，串口接口芯片、PHY芯片为计算机模块提供了相关物理接口。FPGA为计算机模块提供了灵活可配、资源丰富的接口。

Description

一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块
技术领域
本发明属于抗恶劣环境加固计算机技术领域，特别是一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块。
背景技术
通用处理器是信息产业的基础器件，其发展直接关系到国家技术创新能力，关系到国家安全，是国家的核心利益所在。基于国产化通用处理器开发的自主可控、安全可靠的软硬件产品便成为迫切需要。
目前，基于国产龙芯CPU开发的计算机模块，已在多个行业领域内得到广泛应用，各有其独特优势和借鉴意义。但是在一些特殊行业，对配置灵活、接口丰富的国产计算机模块需求强烈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自主可控、配置灵活、接口丰富的基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，包括龙芯3A CPU以及与CPU互连的龙芯7A桥片、DDR3内存颗粒、串口接口芯片，所述龙芯7A桥片同时与FPGA、PHY芯片、储存设备及串口接口芯片互连。DDR3内存颗粒、存储设备提供内存及数据存储功能，串口接口芯片、PHY芯片为计算机模块提供了相关物理接口。FPGA通过PCIe总线与龙芯7A桥片互连，为计算机模块提供了灵活可配、资源丰富的接口。
所述龙芯3A CPU、龙芯7A桥片、DDR3内存颗粒、串口接口芯片、FPGA、PHY芯片、存储设备均位于计算机模块上。
一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块的电路结构上采用集成化设计。在保证模块可靠性的前提下，尽可能减小模块尺寸。
所述的龙芯3A CPU采用龙芯最新的3A 3000处理器，龙芯3A 3000处理器基于龙芯3A 2000处理器设计，进行了结构上的少量改进，增加处理器核关键队列项数，扩充片上私有/共享缓存容量等，提升了主频性能，实测主频突破1.5GHz以上，访存接口满足DDR3-1600规格，芯片整理性能大幅提高，同时加入了芯片衬底偏压的调节支持，更好的在性能与功耗的矛盾间平衡，拓宽了芯片的适用面。
所述的龙芯7A桥片采用龙芯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3A CPU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。
所述的DDR3内存颗粒采用Micron公司生产的MT41K512M16HA-107AIT，为计算机模块提供内存功能；
所述的串口接口芯片MAX3160E，龙芯7A可支持2路串口，通过MAX3160E扩展实现RS-232/422/485软件控制切换，提供更为丰富的接口选择。
所述的FPGA采用Xilinx公司的XC7K410T-2FBG676I，通过PICe总线连接到龙芯7A桥片上，可以提供丰富的编程接口及IP核，为计算机模块提供了更为配置灵活、丰富的接口。
所述的PHY芯片采用KSZ9031RNXIA，龙芯7A支持2路GMAC控制器，通过外部挂接PHY芯片实现2路千兆网。
所述的存储设备采用SATA接口固态盘，提供了数据存储介质。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块采用国产化的龙芯3A+7A芯片实现，具有自主可控、安全可靠、集成度高等特点；2)本发明的模块通过加入FPGA芯片，提供了丰富的配置灵活的接口；3)本发明的模块通过集成化设计，便于可靠性设计，使得模块能够适应多种行业的恶劣环境。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块原理框图。
图2为基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块电路布局示意图。
具体实施方式
结合附图，本发明的一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，包括龙芯3ACPU、龙芯7A桥片、DDR3内存颗粒、串口接口芯片、FPGA、PHY芯片、存储设备。所述龙芯7A桥片通过HT3.0接口与龙芯3A CPU相连，同时与龙芯3A CPU相连的还有DDR3内存颗粒、串口接口芯片，分别提供内存及串口功能。FPGA、PHY芯片、存储设备与龙芯7A桥片相连，分别提供接口扩展、网络、存储功能。
所述龙芯3A CPU采用龙芯最新的3A 3000处理器。
所述龙芯7A桥片采用龙芯7A1000桥片。
所述DDR3内存颗粒为Micron公司生产的MT41K512M16HA-107AIT。
所述串口接口芯片为MAX3160E。
所述FPGA为Xilinx公司的XC7K410T-2FBG676I。
所述PHY芯片采用KSZ9031RNXIA。
所述存储设备采用SATA接口固态盘。
所述FPGA还包括电源模块、SDRAM、FLASH、接口芯片、处理器IP核、双口RAM、片内存储器和定时器，所述电源模块、SDRAM、FLASH、接口芯片均与FPGA相连，处理器IP核、双口RAM、片内存储器和定时器为FPGA内部功能。
下面进行更详细的描述。
如图1所示，本发明公开了一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，包括龙芯3A CPU、龙芯7A桥片、DDR3内存颗粒、串口接口芯片、FPGA、PHY芯片、存储设备。所述龙芯7A桥片通过HT3.0接口与龙芯3A CPU相连，同时与龙芯3A CPU相连的还有通过DDR3通道相连的DDR3内存颗粒、UART接口相连的串口接口芯片，分别提供内存及串口功能。FPGA通过PCIe1X接口、PHY芯片通过GMAC、存储设备与龙芯7A桥片相连，分别提供接口扩展、网络、存储功能。
如图2所示，一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，FPGA还包括电源模块、SDRAM、FLASH、接口芯片、处理器IP核、双口RAM、片内存储器和定时器，所述电源模块、SDRAM、FLASH、接口芯片均与FPGA相连，处理器IP核、双口RAM、片内存储器和定时器为FPGA内部功能。电源模块负责给FPGA供电，SDRAM负责存储FPGA过程数据，FLASH负责存储FPGA配置信息及编程信息，接口芯片负责提供相关物理接口。通过FPGA编程，使用处理器IP核、双口RAM、片内存储器实现一些特定的接口功能，达到了灵活配置的目的。
本发明的一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块采用国产化的龙芯3A+7A芯片实现，具有自主可控、安全可靠、集成度高等特点，通过加入FPGA芯片，提供了丰富的配置灵活的接口。

Claims (10)

1.一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，其特征在于，包括龙芯3A CPU以及与CPU互连的龙芯7A桥片、DDR3内存颗粒、串口接口芯片，龙芯7A桥片同时与FPGA、PHY芯片、储存设备及串口接口芯片互连。DDR3内存颗粒、存储设备提供内存及数据存储功能，串口接口芯片、PHY芯片为计算机模块提供了相关物理接口。
2.根据权利要求1所述的一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，其特征在于，龙芯7A桥片通过HT3.0接口与龙芯3A CPU相连，DDR3内存颗粒通过DDR3通道与龙芯3A CPU相连、串口接口芯片通过UART接口与龙芯3A CPU相连。FPGA通过PCIe 1X接口、PHY芯片通过GMAC、存储设备与龙芯7A桥片相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，其特征在于，所述龙芯3A CPU采用采用龙芯最新的3A 3000处理器，主频1.5GHz以上。
4.根据权利要求1所述的一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，其特征在于，龙芯7A桥片采用龙芯7A1000桥片，是面向龙芯3号处理器的芯片组。
5.根据权利要求1所述的一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，其特征在于，所述的DDR3内存颗粒采用Micron公司生产的MT41K512M16HA-107AIT，为计算机模块提供内存功能。
6.根据权利要求1所述的一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，其特征在于，所述的串口接口芯片MAX3160E，通过MAX3160E扩展实现RS-232/422/485软件控制切换，提供更为丰富的接口选择。
7.根据权利要求1所述的一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，其特征在于，所述的FPGA采用Xilinx公司的XC7K410T-2FBG676I，可以提供丰富的编程接口。
8.根据权利要求1所述的一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，其特征在于，所述的PHY芯片采用KSZ9031RNXIA，龙芯7A支持2路GMAC控制器，通过外部挂接PHY芯片实现2路千兆网。
9.根据权利要求1所述的一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，其特征在于，所述的存储设备采用SATA接口固态盘，提供了数据存储介质。
10.根据权利要求7所述的一种基于龙芯3A+7A+FPGA的异构计算机模块，其特征在于，所述FPGA还包括电源模块、SDRAM、FLASH、接口芯片、处理器IP核、双口RAM、片内存储器和定时器。
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