CN205812033U

CN205812033U - 一种通用核心板

Info

Publication number: CN205812033U
Application number: CN201620634608.4U
Authority: CN
Inventors: 雷宇; 孙海飙; 郑岩; 戴荣; 阴陶; 林峰
Original assignee: CHENGDU FOURIER ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHENGDU FOURIER ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2026-06-24

Abstract

本实用新型公开了一种通用核心板，包括处理器、现场可编程门阵列、内存、固态存储器、以太网通信模块、RS232通信模块、RS422通信模块、和GTP通信模块、输入/输出单元、时钟单元、复位单元和电源，所述核心板采用主、协处理器协同控制，并提供了多种总线接口和外设接口，从而保证核心板的通用性和兼容性，使之适应大部分新产品的开发及原有产品的升级，进而缩短了产品开发的周期，降低了产品开发的难度和成本，进一步为使用者节约宝贵的开发时间，降低开发门槛。同时，本核心板还具有集成度高、结构紧凑、组装简单、功能强大、功耗低的优点。

Description

一种通用核心板

技术领域

本实用新型涉及工业自动化控制技术领域，具体涉及一种通用核心板。

背景技术

随着计算机技术的快速发展，嵌入式开发平台在工业自动化控制中得到了越来越广泛的应用。嵌入式平台具体包括核心板和底板，核心板集成了核心的通用功能，一块核心板配套不同的底板，从而实现应用于不同领域、具有不同功能的系统芯片。然而，在新产品开发或原有产品升级的过程中，现有的系统芯片为了适应新的要求，通常需要进行大量的硬件方面的修改，而现有的核心板由于通用性、兼容性较差，也需要进行适应性修改，从而导致产品开发周期长，开发成本增高加。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种通用核心板，该核心板通用性、兼容性强，同时还具有集成度高、体积小、功耗低的优点。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种通用核心板，包括处理器、现场可编程门阵列、内存、固态存储器、通信单元、输入/输出单元、复位单元、时钟单元和电源，其中，所述现场可编程门阵列、内存、固态存储器、通信单元、输入/输出单元、复位单元、时钟单元及电源均与处理器电连接；

所述通信单元具体包括以太网通信模块、RS232通信模块、RS422通信模块、和GTP通信模块。

特别地，所述处理器采用P1010处理器。

特别地，所述可编程门阵列采用Spartan-6芯片。

特别地，所述通信单元包括两路以太网通信模块，每路以太网通信模块均包括以太网PHY芯片和变压器。

特别地，所述内存采用动态随机存取存储器。

特别地，所述现场可编程门阵列内部集成GTP通信模块，所述核心板还包括交流耦合器，与现场可编程门阵列内部集成的GTP通信模块电连接。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型所述一种通用核心板，该核心板通用性、兼容性强，能适应大部分新产品的开发及原有产品的升级，从而缩短了产品开发的周期，降低了产品开发的难度和成本；同时，本核心板还具有集成度高、体积小、功耗低的优点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例1提供的通用核心板结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，图1为本实用新型实施例1提供的通用核心板结构框图。

本实施例中，所述通用核心板，包括处理器、现场可编程门阵列、内存、固态存储器、通信单元、输入/输出单元、复位单元、时钟单元和电源，其中：

所述处理器与现场可编程门阵列、内存、固态存储器、通信单元、输入/输出单元、复位单元、时钟单元及电源均电连接，作为整个核心板的主处理器用于实现整个核心板的数据处理和指令控制，具体采用freescale公司的P1010处理器。P1010处理器基于PowerPC架构，且内嵌了增强的通信处理单元和加密单元。POWER的全称为Performance OptimizedWith Enhanced RISC，即增强RISC性能优化，是1991年由Apple、IBM、Motorola组成的AIM联盟所发展出的微处理器架构，具有结构简单、效率高、伸缩性好、方便灵活的特点。

所述现场可编程门阵列（Field Programming Gate Array，FPGA）与P1010处理器电连接，作为整个核心板的协处理器用于实现外部信号的采集、处理及接口转换，具体采用Xilinx公司的Spartan-6芯片。FPGA是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。现代FPGA还集成了高速串行收发器（Serdes），可实现多种高速串行总线协议。Xilinx公司的Spartan-6芯片是一种低成本、低功耗、高性价比的FPGA芯片。

所述内存与P1010处理器电连接，用于存储核心板内部运行的进程和数据，具体采用双倍数据速率动态随机存取存储器（Double Data Rate Dynamic Random AccessMemory，DDR DRAM），容量为 1GB 。

所述固态存储器与P1010处理器电连接，用于存储供外部使用的数据，具体采用动态随机存取存储器（Solid Storage Drive，SSD）。SSD用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元组成。以单封装芯片形式，与市场上常见的标准SSD盘相比，具有体积小、功耗低、可靠性高的特点。

所述通信单元具体包括以太网通信模块、RS232通信模块、RS422通信模块、和GTP通信模块，分别用于核心板与以太网、RS232总线、RS422总线和GTP高速串行总线之间的数据交换。所述P1010处理器设有两路SGMII接口，每路SGMII接口分别经变压器和以太网PHY芯片连接至以太网，实现核心板与以太网之间的数据交换，以太网可以为千兆以太网。所述Spartan-6 FPGA芯片设有RS232接口，其内部设有共16路UART，通过RS232电平收发器输出，通过16.384MHz时钟或100MHz时钟来实现可编程波特率从4800到1MHz可调。所述RS232接口经RS232通信模块连接至RS232总线，实现核心板与RS232总线之间的数据交换；所述Spartan-6 FPGA芯片设有RS422接口，其内部设有共16路UART，通过RS422电平收发器输出，通过16.384MHz时钟或100MHz时钟来实现可编程波特率从115200到10MHz可调。所述RS422接口经RS422通信模块连接至RS422总线，实现核心板与RS422总线之间的数据交换；所述Spartan-6 FPGA芯片内部集成GTP高速串行模块， GTP高速串行模块经交流耦合器连接至GTP高速串行总线，通过Spartan-6 FPGA芯片内部高速收发器实现核心板与GTP高速串行总线之间的数据交换，其中，线速率从800Mbps到3.125Gbps可调，通信协议可采用PCI-E、GbE、RapidIO、SATA等多种，可由用户灵活定制。

上述千兆以太网是建立在基础以太网标准之上的技术。千兆以太网和大量使用的以太网与快速以太网完全兼容，并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范，其中包括CSMA/CD协议、以太网帧、全双工、流量控制以及IEEE802.3标准中所定义的管理对象。千兆以太网最高线速率1.0Gbps，采用8B10B编码，在全双工模式下，最高可实现200MB的双向传输带宽；上述RS232、RS422总线均符合EIA制定的串行数据通信接口标准，被广泛用于计算机串行接口外设连接，和工业控制、现场通信、远距离通信等场合。RS232采用单端电平标准，以+3至+15V表示数据0，以-3至-15V表示数据1；RS485和RS422采用差分电平标准，因而传输速率更高，其中RS485使用2线半双工传输方式，RS422使用4线全双工传输方式；随着现代总线通信技术的发展，总线通信数据率越来越高，传统的并行总线出现越来越多的问题，例如在高频率下，多路信号间变得不易对齐、并行导线之间的相互干扰变得严重等，导致传输的数据变得无法恢复。上述高速串行总线导线少，并且采用差分电压进行传输，可以通过不断提高时钟频率来提高传输速率，例如常见的以太网、PCI-E、SATA等总线均采用高速串行总线，以少量的线缆即可达到很高的数据带宽。本实施例中，所述核心板具有以太网通信模块、RS232通信模块、RS422通信模块、和GTP通信模块，可以满足多种总线连接，适应不同的产品需求，实现核心板通信设计通用性、兼容性的最大化。

嵌入式系统中常常有数量众多，但是结构却比较简单的外部设备/电路，对这些设备/电路有的需要核心板为之提供控制手段，有的则需要被核心板用作输入信号。而且，许多这样的设备/电路只要求一位，即只要有开/关两种状态就够了，比如灯亮与灭。对这些设备/电路的控制，使用传统的串行口或并行口都不合适。故本实施例所述Spartan-6 FPGA芯片设有GPIO接口，其通过输入/输出单元连接外部设备/电路，实现核心板对外部设备/电路的控制或采集外部设备/电路的状态作为相关控制的判断条件。

所述复位单元与处理器、现场可编程门阵列、内存、固态存储器、通信单元、输入/输出单元、时钟单元和电源均电连接，为核心板所有工作单元提供上电复位、冷复位、热复位、看门狗复位等复位管理功能。

所述时钟单元与处理器、现场可编程门阵列、内存、固态存储器、通信单元、输入/输出单元、复位单元和电源均电连接，为核心板所有工作单元提供对应的时钟，包括100MHz、33MHz、16.384MHz、156.25MHz等频点。

所述电源与复位单元与处理器、现场可编程门阵列、内存、固态存储器、通信单元、输入/输出单元、时钟单元和复位单元均电连接，为核心板所有工作单元供电。

上述描述可知，本实施例所述工业控制核心板具有多种总线接口和外设接口，将其应用于产品设计中，可以满足不同产品的不同需求，从而实现设计兼容性的最大化。

本实用新型的技术方案，所述通用核心板包括处理器、现场可编程门阵列、内存、固态存储器、以太网通信模块、RS232通信模块、RS422通信模块、和GTP通信模块、输入/输出单元、时钟单元、复位单元和电源，其采用主、协处理器协同控制，并提供了多种总线接口和外设接口，从而保证核心板的通用性和兼容性，使之适应大部分新产品的开发及原有产品的升级，进而缩短了产品开发的周期，降低了产品开发的难度和成本，进一步为使用者节约宝贵的开发时间，降低开发门槛。同时，本核心板还具有集成度高、结构紧凑、组装简单、功能强大、功耗低的优点。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种通用核心板，其特征在于，包括处理器、现场可编程门阵列、内存、固态存储器、通信单元、输入/输出单元、复位单元、时钟单元和电源，其中，所述现场可编程门阵列、内存、固态存储器、通信单元、输入/输出单元、复位单元、时钟单元及电源均与处理器电连接；

2.根据权利要求1所述的通用核心板，其特征在于，所述处理器采用P1010处理器。

3.根据权利要求1所述的通用核心板，其特征在于，所述可编程门阵列采用Spartan-6芯片。

4.根据权利要求1所述的通用核心板，其特征在于，所述通信单元包括两路以太网通信模块，每路以太网通信模块均包括以太网PHY芯片和变压器。

5.根据权利要求1所述的通用核心板，其特征在于，所述内存采用动态随机存取存储器。

6.根据权利要求1所述的通用核心板，其特征在于，所述现场可编程门阵列内部集成GTP通信模块，所述核心板还包括交流耦合器，与现场可编程门阵列内部集成的GTP通信模块电连接。