CN201383075Y

CN201383075Y - 基于PowerPC处理器的PC104-plus控制器

Info

Publication number: CN201383075Y
Application number: CN200820180191U
Authority: CN
Inventors: 孟凡良; 杨树凯
Original assignee: Beijing HWA Create Co Ltd
Current assignee: Beijing HWA Create Co Ltd
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2018-12-01

Abstract

本实用新型所述的基于PowerPC处理器的PC104－plus控制器板卡，由MPC8270或MPC8280处理器、图形控制器、SDRAM、FLASH、DOC盘、RTC实时时钟、EEPROM和CPLD电路组成；同时还包括由MPC8270的SCC接口实现的3路RS－232通信接口、两路由FCC接口实现的10/100M全双工自适应以太网接口、一个8/16－bit的ISA总线接口、一个32－bit的PCI接口；以及通过图形控制器扩展输出的一个RGB的LCD视频输出接口。在实际使用中可以使用ISA总线和/或PCI总线与其他PC104或PC104－PLUS设备互联，完成数据通信；也可以使用RS－232总线与其他串行设备进行数据通信；还可以使用以太网接口与其他网络设备通信；LCD视频接口可以用来显示图形及文字。

Description

基于PowerPC处理器的PC104-plus控制器

技术领域

本实用新型涉及工业及民用PC104控制器技术领域，尤其涉及使用PowerPC处理器作为CPU器件、使用DOC盘作为非遗失数据存储器件以及使用图形控制器构成LCD视频输出及其数据处理装置。

背景技术

PC/104是一种工业计算机总线标准。第一块PC104产生于1987年，但严格意义的规范说明在1992年才公布。1992年IEEE开始着手为PC和PC/AT总线制定一个精简的IEEEP996标准(草稿)，PC104作为基本文件被采纳，叫做IEEEP996.1兼容PC嵌入式模块标准。PC104实质上就是一种紧凑型的IEEE-P996，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统。

传统的PC104控制器的设计方法是：X86处理器+北桥片+图形控制器以及SDRAM、FLASH和磁盘构成基本结构，同时根据外部接口的不同再增加接口扩展芯片。例如，其扩展一个以太网接口就需要再使用一片集成MAC和PHY的器件。

MPC8270器件是Motorola研发的一款适合于通信领域进行数据通信的高性能PowerPC处理器。在长期的通信领域应用中得到了广泛的应用。其功耗非常低(3W以下)，高度集成了各种流行的通信接口，通过外部器件的简单扩展就可以实现传统PC104控制器的各种功能。

DOC是Disk On Chips的英文简写，意思为电子磁盘。它是由集成电路设计而成，以取代传统的磁介子磁盘，具有体积小工作稳定等特点。最早由以色列M-SYSTEMS的发明及实现的，目前主要用于：嵌入式系统、工控主板、网络终端机、机顶盒等。

图形控制器就是把CPU的数字信号转换为RGB图形或模拟视频信号的专用集成电路。其最早应用于个人电脑中。

现代工业及民用控制领域对数据的实时处理及传输提出了更高的要求，数据处理算法趋于更加复杂，对设备的功耗要求越来越低。传统的PC104控制器都是使用intel公司的X86处理器实现，其早期的产品使用486及以下控制器，由于其生产工艺已经停用以及性能偏低，满足不了当前工业及控制领域的需求。而其Pentium系列及以后的处理器虽然性能越来越强，但由于其功耗很大且对外部内存及硬盘的需求提出了更高的需求，已经不适合应用在PC104结构的设备中。但在工业及控制领域，其控制系统大多都是基于PC104架构的设备建立的，对于比传统PC104控制器具有更高性能的PC104架构处理器设备仍有着强烈的需求。

发明内容

鉴于传统基于X86构架的PC104控制器技术所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种基于PowerPC处理器的PC104-plus控制器装置，以形成更高性能PC104控制器，提高数据处理及传输能力，并提供更丰富的外部接口。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：由MPC8270处理器电路、MB86295S图形控制器及其外部16M字节/32-bit的显存器件电路、MD2533 DOC盘电路、MPC8270处理器的128M字节的SDRAM电路、MPC8270处理器的16M字节的FLASH程序存储器电路、RTC实时时钟及EEPROM电路、以太网接口电路和60x总线互联的CPLD器件电路组成；还包括1个ISA接口、1个PCI接口、3个RS-232接口和2个以太网接口。再实际应用中，可以根据实际需求。灵活选用RS-232接口、以太网接口、ISA总线接口或PCI接口与其他板卡或设备通信，增强了PC104控制器的应用范围和灵活性。

附图说明

图1：为现有技术所述基于PowerPC处理器的PC104-plus控制器板卡结构示意图。

图2：CPU小系统结构框图；

图3：LCD视频接口连接器针脚定义。

图4：LCD连接器位置示意图；

图5：DOC盘硬件实现电路图；

图6：外部连接器在板卡上的位置图；

图7：RS-232接口电路图；

图8：以太网接口电路图；

图9：PCI总线信号扩展电路图

图10：60X总线实现ISA总线结构图。

具体实施方式

本实用新型所述的数据总线转接卡，其具体实施方式如图1所示：

由MPC8270处理器作为中央处理器CPU电路，128M字节/64-bit的SDRAM电路构成的CPU内存单元电路，16M字节/16-bit的FLASH构成CPU的程序存储器电路，MB86295S图形控制器和一片16M字节/32-bit SDRAM显存器件构成的图形显示单元电路，CPLD实现的ISA总线接口电路，I2C接口实现的RTC实时时钟和EEPROM电路，RS-232接口电路，以太网接口电路和PCI接口电路组成。

本实用新型电路中，MPC8270处理与128M字节/64-bit的SDRAM电路及16M字节/16-bit的FLASH电路构成最基本的CPU小系统。SDRAM器件和FLASH器件都挂接在MPC8270处理器的60X总线上；FLASH器件存储程序代码，SDRAM用来运行代码；CPU启动时从FLASH中读取代码并拷贝到SDRAM中，然后执行代码，完成系统启动。CPU小系统的结构如图2所示

本实用新型电路中，图形显示接口由MPC8270片上集成的PCI主控制器与MB86295S的PCI接口直接互联，完成处理器对MB86295S的控制及数据传输；MB86295S通过其自身的一个32-bit的SDRAM接口，扩展一片16M字节的SDRAM作为图形显存；MB86259S与LCD连接使用24-bit的RGB信号，通过一个50针的连接器与外部LCD互联。图3为LCD连接器针脚定义图。图4给出了该连接器在板上的位置示意图。

MD2533DOC盘通过60X总线完成与MPC8270处理器的互联，形成一个16-bit位宽，容量为1G字节的非遗失数据存储单元，处理器对DOC盘采用一个128K的窗口完成对1GB空间的寻址能力。在实际应用中，操作系统通过TureFFS文件管理系统完成对此1GB空间管理。图5给出了MPC8270与MD2533的信号连接方式。

另外，本实用新型所述的基于PowerPC处理器的PC 104-plus控制器板卡还包括了3路RS-232接口、2路以太网接口、ISA总线接口和PCI总线接口。这些接口在板卡上的位置如图6所示。

其中3路对外RS-232接口由MPC8270处理器的SCC接口实现。通过软件控制使片上的SCC1～SCC3三个接口设置为UART模式，并在外部扩展2片SP3232EEA，把TTL信号转换为V.28电平信号并于连接器连接，就形成了三个RS-232接口。其接口转换电路如图7所示。

2路以太网接口通过使用MPC8270片上集成的FCC1和FCC2两个接口使用，并配置其工作于MII模式，然后与两片以太网物理层芯片(KSZ8041TLI)连接，并在接口上增加一个网络变压器H1102就形成了两个以太网接口。图8给出了一路以太网接口实现的电路图。第二路实现方法与第一路相同。

PCI总线接口直接使用MPC8270的PCI总线实现，由于MPC8270的PCI总线只能外部挂接三个PCI从设备，PC104总线规范规定支持外部4个PCI从设备，由于实用新型板上使用了一个PCI总线接口的图形控制器，它占用一个PCI从设备接口，因此我们需要对PCI总线信号进行扩展。本实用新型在板卡上使用一片AT209S器件完成信号扩展功能。其扩展电路如图9所示。其中PC104-PLUS连接器的4路IDSEL信号由PCI总线的PCI_AD[16:19]实现，信号REQ[0:3]、GNT[0:3]和CLCK[0:3]中的REQ[0:2]、GNT[0:2]和CLCK[0:3]由AT209S扩展实现，REQ[3]、GNT[3]使用MPC8270的PCI总线接口的REQ0和GNT0实现。

本实用新型电路的ISA接口由MPC8270的60X总线经一片CPLD器件简单处理后与J1/J2连接器器的对应引脚连接。其实现的逻辑框图如图10所示。由于ISA总线没有片选信号，我们把MPC8270的CS5片选空间定义为IO空间、CS6片选空间定义为Memory空间，当需要对IO设备操作时，我们使用MPC8270的CS5映射的空间；当需要对Memory设备操作时，我们使用MPC8270的CS6映射的空间。CS5信号同时控制ISA_IOR和ISA_IOW信号，这两个信号由CS5分别与MPC8270的PQII_POE和PQII_PSDWE组合形成，其VHDL语法为：ISA_IOR＜＝CS5AND_PQII_POE；ISA_IOW＝CS5AND_PQII_PSDWE。CS6信号同时控制ISA_MEMR和ISA_MEMW信号，这两个信号由CS6分别与MPC8270的PQII_POE和PQII_PSDWE组合形成，其VHDL语法为：ISA_MEMR＜＝CS6AND PQII_POE；ISA_MEMW＜＝CS6AND PQII_PSDWE。当CS5控制的IO为16-bit位宽时，数据线实现的VHDL语法为：IF(CS＝’0’AND PQII_POE＝’0’)THEN PQII_D[0:15]＜＝ISA_D[0:15]；ELSIF(CS＝’0’AND PQII_PSDWE＝’0’)THEN ISA_D[0:15]＜＝PQII_D[0:15]；ELSE PQII_D[0:15]＜＝H”ZZZZ”；END IF；当CS5控制的IO为8-bit位宽时，数据线实现的VHDL语法为：IF(CS＝’0’ANDPQII_POE＝’0’)THEN PQII_D[0:7]＜＝ISA_D[7:0]；ELSIF(CS＝’0’ANDPQII_PSDWE＝’0’)THEN ISA_D[7:0]＜＝PQII_D[0:7]；ELSE PQII_D[0:7]＜＝H”ZZ”；END IF；CS6控制的Memory空间的数据处理方式与CS5的空间相同，只需要把VHDL语法中的CS5换成CS6就可以了。对于地址线及中断线，其处理方式的VHDL语法为：ISA_A[19:0]＜＝PQII_A[A12:31]；PQII_PC[0:11]＜＝ISA_IRQ[3:14]。

RTC电路使用ST公司的M41ST85WMH6器件实现，该器件挂在MPC8270的I2C总线上，同时为M41ST85WMH6配置一个电池器件M4T32BR12SH6，当板卡焊接完毕时，直接把M4T32BR12SH6扣在M41ST85WMH6器件上就可以。电池在板卡掉电时给M41ST85WMH6供电，使其继续计时。以保证时间计数的连续性。从而给CPU提供一个准确的计时。

EEPROM器件使用ATMEL公司的AT24C16A。它用来保存操作系统需要的基本配置参数，以备使用者给板卡配置不同的参数使用。它具有掉电不丢失数据的特性。

Claims

1、一种基于PowerPC处理器的PC104-plus控制器，本处理器为标准PC104-plus尺寸结构，其特征在于，包括PowerPC系列处理器MPC8270或MPC8280，所述PowerPC系列处理器MPC8270或MPC8280连接有MB8629X系列图形控制器、大容量非遗失存储器、60X总线、PCI总线接口电路、RTC实时时钟及EEPROM电路、多路RS-232异步通信接口和多路10/100M自适应以太网接口。

2、根据权利要求1所述的基于PowerPC处理器的PC104-plus控制器，其特征在于，包括MB86295或MB86296或MB86297器件，还包括一片或多片SDRAM与MB86295或MB86296或MB86297互联。