CN204009696U - 一种具有pcie扩展功能的龙芯主板 - Google Patents
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Abstract
一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，第一龙芯CPU、北桥芯片和南桥芯片依次连接，第一龙芯CPU还分别连接BIOS ROM芯片、第一RS232串口和第一龙芯CPU内存；北桥芯片还分别连接第一PCIE x16插槽、Mini PCIE插槽、网卡芯片和BMC芯片，网卡芯片和BMC芯片相互相连接，北桥芯片还通过PCIE交换芯片分别连接第二PCIE x16插槽、PCIE x8插槽和两个PCIE x4槽；南桥芯片还分别连接Mini PCIE插槽、PCI插槽、IDE连接器、SuperIO、USB接口、SATA接口和声音编解码芯片，声音编解码芯片连接声卡连接器。本实用新型极大丰富扩展PCIE IO功能，具有多种功能接口。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种龙芯主板。特别是涉及一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板。
背景技术
自主创新是提升国家竞争力的关键所在，是破解关键技术受制于人的必然选择。国产龙芯CPU的出现，已在很大程度上打破了国外CPU的垄断，改变了中国计算领域无芯的尴尬局面，把中国的IT产业带上了一个崭新的发展阶段。
但接下来面临一个严峻的问题就是CPU的产业化问题，如果解决不好产业化的问题，那龙芯CPU仍是一个不能实用只是概念意义的CPU，只能停留在实验室里。由于龙芯3号系列CPU面世的时间短，各种配套的应用方案有待设计和创造。
目前可以适配龙芯CPU的桥片主要有龙芯2H和AMD公司的RS780E+SB710。龙芯2H桥片性能比较低，PCIE只有4个PCIE lane、硬盘只支持2个SATA接口，集成显卡图形性能无法满足服务器的要求。RS780E比龙芯2H性能高，可以支持6个SATA接口，但比较遗憾的是只有22个PCIE lane，严重地限制了IO性能的扩展，也就无法满足现在高性能服务器的需求。
因此，目前已有的龙芯服务器IO扩展能力不足，严重的限制了龙芯服务器的应用领域。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可以满足现代高性能服务器需求的具有PCIE扩展功能的龙芯主板。
本实用新型所采用的技术方案是：一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，包括有第一龙芯CPU，所述第一龙芯CPU通过16位HT1总线连接北桥芯片，所述的北桥芯片通过A-Link总线连接南桥芯片，其中，所述的第一龙芯CPU通过LPC总线或者SPI总线连接BIOS ROM芯片，通过自带的串口总线连接第一RS232串口，还通过内存信号线连接第一龙芯CPU内存；所述的北桥芯片通过一个PCIE x8端口连接第一PCIE x16插槽，通过一个PCIE x1端口连接Mini PCIE插槽，通过PCIE x4端口连接网卡芯片，通过另一个PCIE x1端口连接BMC芯片，所述的网卡芯片和所述的BMC芯片通过NC-SI接口相连接，所述的北桥芯片还通过一个PCIE x8端口连接PCIE交换芯片，所述的PCIE交换芯片分别通过两个PCIE x8端口和两个PCIE x4端口对应地连接第二PCIE x16插槽、PCIE x8插槽和两个PCIE x4槽；所述的南桥芯片通过一个USB接口连接Mini PCIE插槽，还通过不同的信号总线分别连接PCI插槽、IDE连接器、SuperIO、USB接口、SATA接口和声音编解码芯片，所述的声音编解码芯片通过声道信号线连接声卡连接器。
所述的第一龙芯CPU内存具有4条内存，所述的4条内存支持DDR2内存和DDR3内存。
所述的第一龙芯CPU还通过HT0总线连接第二龙芯CPU，所述第二龙芯CPU通过自带的串口总线连接第二RS232串口，以及通过内存信号线连接第二龙芯CPU内存，所述的第二龙芯CPU内存具有4条内存，所述的内存可以支持DDR2内存和DDR3内存。
所述的网卡芯片通过千兆信号接口连接第一RJ45连接器。
所述的BMC芯片通过百兆/千兆信号接口连接第二RJ45连接器，通过自带的VGA信号接口连接第一VGA连接器。
所述的SuperIO分别连接鼠标键盘连接器和第三RS232串口。
所述的北桥芯片还通过自身的VGA信号接口连接第二VGA连接器。
所述的PCIE交换芯片和第一PCIE x16插槽与所述的北桥芯片连接的PCIE总线能够相互交换。
所述的BMC芯片和Mini PCIE插槽与所述的北桥芯片连接的PCIE总线能够相互交换。
所述的龙芯CPU采用型号为龙芯3A CPU或龙芯3B CPU或龙芯3C CPU；所述的北桥芯片采用型号为AMD公司的RS780或RS780C或RS780D或RS780E或RS780G或RS780M或RS780MC或RX781或RS785G或RD790；南桥采用型号为AMD公司的SB600或SB700或SB710或SB750。
本实用新型的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，具有如下效果：
1、本实用新型通过增加PCIE交换芯片的方式，极大丰富扩展PCIE IO功能，可以满足现代高性能服务器的需求。
2、本实用新型是一款实用的、较高性能的龙芯服务器主板，具有PCIE插槽、PCI插槽、USB接口、SATA接口、显示接口、声卡接口、千兆以太网接口、管理接口等功能，推动龙芯CPU的产业化进程。
3、本实用新型的国产龙芯服务器主板共提供6个PCIE插槽，包含2个PCIE x16插槽，1个PCIE x8插槽，2个PCIE x4插槽，1个Mini PCIE插槽，极大的增强服务器的IO吞吐能力。
4、本实用新型的国产龙芯服务器主板还提供了一个PCI插槽和IDE连接器，可以支持目前即将淘汰的PCI设备和IDE硬盘，节省成本。
附图说明
图1是本实用新型的整体构成框图。
图中
1：第一龙芯CPU 2：第二龙芯CPU
3：第一龙芯CPU内存 4：第二龙芯CPU内存
5：第一RS232串口 6：第二RS232串口
7：BIOS ROM芯片 8：北桥芯片
9：第一PCIE x16插槽 10：PCIE交换芯片
11：第二PCIE x16插槽 12：PCIE x8插槽
13：第一PCIE x4插槽 14：第二PCIE x4插槽
15：Mini PCIE插槽 16：网卡芯片
17：第一RJ45连接器 18：BMC芯片
19：第二RJ45连接器 20：第一VGA连接器
21：第二VGA连接器 22：显存
23：南桥SB710 24：PCI插槽
25：IDE连接器 26：SuperIO
27：鼠标键盘连接器 28：第三RS232串口
29：USB2.0接口 30：SATA接口
31：声音编解码芯片 32：声卡连接器
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板做出详细说明。
如图1所示，本实用新型的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，包括有第一龙芯CPU 1，所述第一龙芯CPU 1通过16位HT1总线连接北桥芯片8，所述的北桥芯片8通过A-Link总线连接南桥芯片23，其中，所述的第一龙芯CPU 1通过LPC总线或者SPI总线连接BIOS ROM芯片7，通过自带的串口总线连接用于调试第一龙芯CPU 1的第一RS232串口5，还通过内存信号线连接第一龙芯CPU内存3，所述的第一龙芯CPU内存3具有4条内存，所述的4条内存支持DDR2内存和DDR3内存。
所述的第一龙芯CPU 1还通过HT0总线连接第二龙芯CPU 2，所述第二龙芯CPU 2通过自带的串口总线连接用于调试第二龙芯CPU 2的第二RS232串口6，以及通过内存信号线连接第二龙芯CPU内存4，所述的第二龙芯CPU内存4具有4条内存，所述的内存可以支持DDR2内存和DDR3内存。
第一龙芯CPU 1和第二龙芯CPU 2都是有2个内存控制器，每个内存控制器可以支持2条DDR2内存或者DDR3内存，所以每个龙芯CPU可以支持4条内存，一个主板可以支持8条内存。对于DDR2内存可以采用西安华芯公司型号HXSL4GT72280AE-25D的内存，对于DDR3内存可以采用西安华芯公司型号SCS HXMSH8GP13A1F1V-13H的内存。
本实用新型的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，采用2个龙芯CPU组成SMP(Symmetrical Multi-Processing，对称多处理)架构，其中第一龙芯CPU 1，作为主CPU(host)，第二龙芯CPU 2，作为从CPU(slave)。第一龙芯CPU 1和第二龙芯CPU 2都有2个16位的HT(HyperTransport)总线，分别为HT0和HT1总线。第一龙芯CPU 1的HT0 bus与第二龙芯CPU 2的HT0 bus相连，第一龙芯CPU 1的HT1 bus与芯片组相连，第二龙芯CPU2的HT1 bus闲置不用。芯片组是指AMD公司的北桥芯片8(RS780E)和南桥芯片23(SB710)。
本实用新型的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板也适用于只有一个龙芯CPU的情况，即去掉第二龙芯CPU 2，只保留第一龙芯CPU 1。
第一龙芯CPU 1和第二龙芯CPU 2是中国科学院计算所研发的龙芯3号系列CPU，包括龙芯3A CPU、龙芯3B CPU和龙芯3C CPU。
第一龙芯CPU 1通过LPC总线或者SPI总线连接BIOS ROM芯片7。主板上电后，第一龙芯CPU 1读取BIOS ROM芯片7里的程序，初始化第一龙芯CPU 1和第二龙芯CPU 2。如果是SPI接口，BIOS ROM芯片7可以采用Atmel公司型号AT25F512AN-10SU-2.7的芯片；如果是LPC接口，BIOS ROM芯片7可以采用SST公司型号SST49LF080A-33-4C-NHE的芯片。
所述的北桥芯片8型号为RS780E，通过一个PCIE x8端口连接第一PCIE x16插槽9，通过一个PCIE x1端口连接Mini PCIE插槽15，通过PCIE x4端口连接网卡芯片16，通过另一个PCIE x1端口连接BMC芯片18，所述的网卡芯片16和所述的BMC芯片18通过NC-SI(Network Controller Sideband Interface，网络控制器边带接口)接口相连接，所述的网卡芯片16通过千兆信号接口连接第一RJ45连接器17，所述的BMC芯片18通过百兆/千兆信号接口连接第二RJ45连接器19，通过自带的VGA信号接口连接第一VGA连接器20。所述的北桥芯片8还通过一个PCIE x8端口连接PCIE交换芯片10，所述的PCIE交换芯片10分别通过两个PCIE x8端口和两个PCIE x4端口对应的连接第二PCIE x16插槽11、PCIE x8插槽12和两个PCIE x4槽13、14；所述的北桥芯片8还通过自带的VGA信号接口连接第二VGA连接器21，通过显存信号接口连接显存22。需要说明的是根据实际应用的不同，北桥芯片8型号还可以是AMD公司的RS780或RS780C或RS780D或RS780G或RS780M或RS780MC或RX781或RS785G或RD790。
所述的南桥芯片23型号为SB710，通过一个USB接口连接Mini PCIE插槽15，还通过不同的信号总线分别连接PCI插槽24、IDE连接器25、SuperIO26、USB接口29、SATA接口30和声音编解码芯片31，所述的SuperIO26分别通过PS2总线和串口总线连接鼠标键盘连接器27和第三RS232串口28。所述的声音编解码芯片31通过声道信号线连接声卡连接器32。需要说明的是根据实际应用的不同，南桥23型号还可以采用型号为AMD公司的SB600或SB700或SB710或SB750。
所述的北桥芯片8(RS780E)支持2组PCIE接口，一组是可以支持2个通用端口的x16 PCIE接口，另一组是可以支持6个通用端口的x6 PCIE接口，分别标记为GFX、GPP。
GFX共有16个PCIE lanes，有2个通用端口，可以作为1个x16 PCIE端口使用，也可以分为2个x8 PCIE端口使用，在本实用新型中采用2个x8 PCIE端口使用，即把GFX的前8个PCIE lanes(在图中标记为GFX[0:7])连接一个PCIE x16插槽9，GFX的后8个PCIElanes(在图中标记为GFX[8:15])连接一个PCIE交换芯片10。GFX[0:7]只有x8 PCIE信号，但连接一个PCIE x16插槽的目的是在物理尺寸上保证能够插入一个PCIE x16卡，利用PCIE能够自适应降低带宽的特性使PCIE x16卡降低为PCIE x8带宽，所以能够使用在PCIE x8信号总线上，大大拓宽了服务器的使用范围。
PCIE交换芯片10可以采用PLX公司型号PEX8632的芯片。PEX8632交换芯片的上游端口(标记为UP1)采用x8 PCIE信号线连接北桥RS780E的GFX[8:15]，下游采用4个端口方式，即分成x8 PCIE端口、x8 PCIE端口、x4 PCIE端口、x4 PCIE端口，分别标记为DP1、DP2、DP3、DP4。PEX8632交换芯片DP1端口连接一个PCIE x16插槽11，DP2端口连接一个PCIE x8插槽12，DP3端口连接一个PCIE x4插槽13，DP4端口连接一个PCIE x4插槽14。需要说明的是根据实际应用的不同，PCIE交换芯片10还可以采用PCIE lane数不同的芯片，例如PLX公司型号PEX8612、PEX8616、PEX8624、PEX8647、PEX8648、PEX8649等芯片。
在本实用新型中，PCIE交换芯片10和PCIE x16插槽9连接的PCIE总线可以交换，即PCIE交换芯片10可以连接GFX[0:7]，而PCIE x16插槽9可以连接GFX[8:15]。
GPP共有6个PCIE lanes，有6个通用的端口，可以支持6种不同配置方式，如表1所示，即4:2，4:1:1，2:2:2，2:2:1:1，2:1:1:1:1和1:1:1:1:1:1。本实用新型按照4:1:1的配置方式来进行主板设计，即GPP的前4个PCIE lanes(在图中标记为GPP[0:3])连接网卡芯片16；GPP的第5个PCIE lane(在图中标记为GPP[4])连接BMC芯片18；GPP的第6个PCIE lane(在图中标记为GPP[5])连接Mini PCIE插槽15，同时从南桥芯片23引出一路USB信号连接到Mini PCIE插槽。需要说明的是，BMC芯片18和Mini PCIE插槽15连接的PCIE总线可以交换，即BMC芯片18连接GPP[5]，Mini PCIE插槽15连接GPP[4]。GPP的6种不同配置方式按照哪种配置方式都可以，只是需要根据实际的应用场景来进行合理的设计。
如以上所述，本实用新型的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，共提供6个PCIE插槽，包含2个PCIE x16插槽，1个PCIE x8插槽，2个PCIE x4插槽，1个Mini PCIE插槽，极大的增强服务器的IO吞吐能力。
表1 北桥RS780 GPP PCIE的配置表
本实用新型的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，能够实现千兆以太网网络和高速网络功能。
千兆以太网络实现方式：在北桥芯片8标记为GPP[0：3]的PCIE总线上连接一个网卡芯片16，网卡芯片然后再连接一个RJ45连接器17，实现千兆以太网功能。网卡芯片可以选择2端口芯片，如Intel公司型号82576芯片或者Broadcom公司型号BCM5709S芯片，对应的RJ45连接器也选用2端口连接器，可以实现双网口千兆以太网功能。网卡芯片还可以选择4端口芯片，如Intel公司型号I350-AM4芯片，对应的RJ45连接器也选用4端口连接器，可以实现四网口千兆以太网功能。
高速网络实现方式：利用PCIE x8插槽12的位置插入万兆网卡或者其他高速网卡来实现高速网络功能。例如插入Intel公司X540双网口万兆网卡。
本实用新型的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板中：
1)BMC监控功能
本实用新型的BMC(Baseboard Management Controller,基板管理控制器)监控功能，支持行业标准的IPMI(Intelligent Platform Management Interface)规范，可以实现诊断、本地和远程、控制台支持、配置管理、硬件管理和故障排除等管理功能。
BMC芯片一端连接标记为GPP[4]的PCIE总线。BMC芯片有2种以太网络接口，一种是专用的千兆网口，利用此接口连接一个RJ45连接器19；另一种是NC-SI接口，利用此接口连接网卡芯片16对应NC-SI接口。外部Internet网络上的终端电脑有2种方式可以访问控制BMC芯片，进而可以管理控制龙芯主板，即通过RJ45连接器19链路访问BMC芯片，或者通过RJ45连接器17、网卡芯片16链路访问BMC芯片。
BMC芯片可以采用ASPEED公司型号AST2300或者AST2400芯片。
2)VGA显示
VGA有2种设计方式。
一种是利用BMC芯片内置VGA显示功能，通过BMC芯片的VGA信号接口连接一个VGA连接器20来实现VGA显示功能。此种方式特点是可以利用BMC实现远程KVM(Keyboard、VGA、Mouse键盘、显示、鼠标)功能，但VGA显示效果一般。
另一种是采用北桥RS780E内部集成的显示功能进行VGA显示，即通过RS780E自带的VGA信号接口连接VGA连接器21实现VGA功能。此种方式的特点是VGA性能比较高，但不能实现远程KVM功能。为了增强RS780E内部集成的显卡性能，在RS780E显存信号接口连接一个DDR2/DDR3显存22。
3)USB口
从南桥SB710引出了12个USB口29，从而可以支持多达12个USB设备。根据主板的空间限制合理的分配引入到主板前端、后端和板子内部的USB数量。
4)硬盘
由南桥SB710引出6个SATA接口30，可以支持和实现6块热插拔SATA硬盘，并实现RAID(Redundant Array of Independent Disk，独立冗余磁盘阵列)功能。
5)PCI插槽
南桥SB710有一个32位PCI接口，通过PCI总线连接一个PCI插槽24。PCI插槽可以设计为5V PCI插槽，也可以设计为3.3V PCI插槽。设计PCI插槽的目的是兼容目前已有的即将淘汰的PCI设备，节省升级换代成本。
6)IDE插槽
南桥SB710有一个IDE接口，通过IDE总线连接一个IDE连接器25，可以支持即将淘汰的IDE硬盘。设计IDE插槽的目的是兼容目前已有的IDE设备，充分利用目前还有的IDE硬盘，节省成本。
7)SuperIO设计
通过南桥SB710的LPC(Low Pin Count Bus)总线连接一个SuperIO芯片26，再通过SuperIO芯片的PS2总线连接鼠标键盘连接器27，实现PS2键盘和鼠标功能。
通过SuperIO芯片的串口总线连接一个RS232连接器28，实现主板的串口功能。
SuperIO可以采用ITE公司型号8718F的芯片。
8)声卡电路设计
南桥SB710具有高保真声卡总线，在此总线上连接一个声音编解码芯片31。声音编解码芯片31再连接一个声卡连接器32，实现声卡电路设计。
声音编解码芯片31可以采用REALTEK公司型号ALC886-GR的芯片。
声卡连接器32可以采用FOXCONN公司型号JA33331-F11P-4F的连接器。
Claims (10)
1.一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，包括有第一龙芯CPU(1)，其特征在于，所述第一龙芯CPU(1)通过16位HT1总线连接北桥芯片(8)，所述的北桥芯片(8)通过A-Link总线连接南桥芯片(23)，其中，所述的第一龙芯CPU(1)通过LPC总线或者SPI总线连接BIOS ROM芯片(7)，通过自带的串口总线连接第一RS232串口(5)，还通过内存信号线连接第一龙芯CPU内存(3)；所述的北桥芯片(8)通过一个PCIE x8端口连接第一PCIE x16插槽(9)，通过一个PCIE x1端口连接Mini PCIE插槽(15)，通过PCIE x4端口连接网卡芯片(16)，通过另一个PCIE x1端口连接BMC芯片(18)，所述的网卡芯片(16)和所述的BMC芯片(18)通过NC-SI接口相连接，所述的北桥芯片(8)还通过一个PCIEx8端口连接PCIE交换芯片(10)，所述的PCIE交换芯片(10)分别通过两个PCIE x8端口和两个PCIE x4端口对应地连接第二PCIE x16插槽(11)、PCIE x8插槽(12)和两个PCIEx4槽(13、14)；所述的南桥芯片(23)通过一个USB接口连接Mini PCIE插槽(15)，还通过不同的信号总线分别连接PCI插槽(24)、IDE连接器(25)、SuperIO(26)、USB接口(29)、SATA接口(30)和声音编解码芯片(31)，所述的声音编解码芯片(31)通过声道信号线连接声卡连接器(32)。
2.根据权利要求1所述的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，其特征在于，所述的第一龙芯CPU内存(3)具有4条内存，所述的4条内存支持DDR2内存和DDR3内存。
3.根据权利要求1所述的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，其特征在于，所述的第一龙芯CPU(1)还通过HT0总线连接第二龙芯CPU(2)，所述第二龙芯CPU(2)通过自带的串口总线连接第二RS232串口(6)，以及通过内存信号线连接第二龙芯CPU内存(4)，所述的第二龙芯CPU内存(4)具有4条内存，所述的内存可以支持DDR2内存和DDR3内存。
4.根据权利要求1所述的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，其特征在于，所述的网卡芯片(16)通过千兆信号接口连接第一RJ45连接器(17)。
5.根据权利要求1所述的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，其特征在于，所述的BMC芯片(18)通过百兆/千兆信号接口连接第二RJ45连接器(19)，通过自带的VGA信号接口连接第一VGA连接器(20)。
6.根据权利要求1所述的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，其特征在于，所述的SuperIO(26)分别连接鼠标键盘连接器(27)和第三RS232串口(28)。
7.根据权利要求1所述的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，其特征在于，所述的北桥芯片(8)还通过自身的VGA信号接口连接第二VGA连接器(21)。
8.根据权利要求1所述的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，其特征在于，所述的PCIE交换芯片(10)和第一PCIE x16插槽(9)与所述的北桥芯片(8)连接的PCIE总线能够相互交换。
9.根据权利要求1所述的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，其特征在于，所述的BMC芯片(18)和Mini PCIE插槽(15)与所述的北桥芯片(8)连接的PCIE总线能够相互交换。
10.根据权利要求1所述的一种具有PCIE扩展功能的龙芯主板，其特征在于，所述的第一龙芯CPU(1)和第二龙芯CPU(2)采用型号为龙芯3A CPU或龙芯3B CPU或龙芯3C CPU；所述的北桥芯片(8)采用型号为AMD公司的RS780或RS780C或RS780D或RS780E或RS780G或RS780M或RS780MC或RX781或RS785G或RD790；南桥(23)采用型号为AMD公司的SB600或SB700或SB710或SB750。
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