CN206788852U - 一种基于PowerPC+SRIO交换技术的信息处理系统 - Google Patents

一种基于PowerPC+SRIO交换技术的信息处理系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,包括前面板调试连接器和背板连接器,其特征在于:所述背板连接器连接有SRIO SWITCH、PowerPC处理器和电源管理模块,所述SRIO SWITCH与PowerPC处理器相互串接,所述SRIO SWITCH还连接有FPGA、所述FPGA与PowerPC处理器串接,所述PowerPC处理器还连接有千兆交换机,所述千兆交换机与前面板调试连接器连接,所述PowerPC处理器为四个。

Description

一种基于PowerPC+SRIO交换技术的信息处理系统
技术领域
本实用新型涉及计算机信息处理技术领域,具体的说,是一种基于PowerPC+SRIO交换技术的信息处理系统。
背景技术
在嵌入式计算机系统进行信息处理的过程中,需要接收来自外部设备的数据进行运算处理,并将处理后的数据输出到外部设备。在需要高性能要求的场合,除了需要嵌入式计算机系统具备较强的运算能力和控制能力外,常常还要求计算机具备高速数据传输能力,可以高速从外部设备获取需要处理的数据信息,并在快速完成数据的处理后,通过高速数据传输通道,将信息发送到目标设备。现有的嵌入式计算机信息处理系统通常采用ARM处理器架构,利用GPCM总线接口进行板间数据传输,其缺点在于处理器性能受限,无法满足高性能的处理要求;同时总线接口带宽具有一定限制,无法满足数据高速传输的要求。在此基础上,为了提高性能和稳定性,部分嵌入式计算机信息处理系统采用PowerPC计算机架构,在性能上相比ARM架构有明显提升,但在与外部设备进行高速数据交换方面,仍然受限于LocalBus总线带宽,无法满足高性能数据交换要求;即使采用了PCIe技术,在与多设备进行板间数据高速数据传输时,仍然受限于总线架构,无法满足板间高速数据多点交换和组建复杂高速数据交换网络的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于PowerPC+SRIO交换技术的信息处理系统,用于解决现有的嵌入式计算机信息处理系统通常采用ARM处理器架构,利用GPCM总线接口进行板间数据传输,处理器性能受限,无法满足高性能的处理要求的问题。同时还用于解决现有技术中的总线接口带宽受到限制,无法满足数据高速传输要求的问题。
为了达到上述目的,本实用新型通过下述技术方案实现:
一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,包括前面板调试连接器和背板连接器,所述背板连接器连接有SRIO SWITCH、PowerPC处理器和电源管理模块,所述SRIO SWITCH与PowerPC处理器相互串接,所述SRIO SWITCH还连接有FPGA、所述FPGA与PowerPC处理器串接,所述PowerPC处理器还连接有千兆交换机,所述千兆交换机与前面板调试连接器连接,所述PowerPC处理器为四个。
PowerPC架构的处理器,具有高性能与低功耗的优点,在单核功耗的设计上实现了双核性能,适用于嵌入式处理器,为嵌入式系统提供了高带宽和高密度计算能力,提高了性能和稳定性。采用4阵列的PowerPC架构的处理器与SRIO SWITCH的连接,相对于一个PowerPC处理器的传输速率,提升了4倍,进一步提高系统的数据计算和处理能力。
优选地,所述PowerPC处理器的型号为P2020。
基于PowerPC架构的P2020双核处理器,包含2个高性能PowerPC架构e500内核,每个内核具备32K字节的一级指令缓存和32K字节的一级数据缓存,处理器集成了512K字节的二级缓存,同时,还具备2路串口、3路千兆以太网口以及2路RapidIO接口,为信息处理系统提供强大的运算能力和丰富的外设接口,进一步提高系统数据处理能力。PowerPC处理器中的RGMII均采用4位数据接口,工作时钟频率为125MHz,并且在时钟的上升沿和下降沿同时传输数据,因此传输速率可达1000Mbps。RGMII一般用于媒体访问层MAC和物理层PHY之间的通信,采用RGMII的目的是降低电路成本,使实现这种接口的器件的引脚数从25个减少到14个。P2020通过以太网PHY芯片连接千兆交换机VSC7428、背板连接器的对外SRIO接口,组成了一个SRIO网络,提高系统内部和外部的数据传输率。P2020通过电平转换芯片MAX3232EUE连接背板连接器和前面板调试连接器,实现P2020与背板连接器、前面板调试连接器的异步、全双工通信。
优选地,所述P2020还连接有微处理器监控电路,所述微处理器监控电路采用芯片CAT811或芯片CAT812。
微处理器电源监控器采用芯片CAT811或芯片CAT812来监控PowerPC处理器电源。微处理器电源监控器包括手动复位引脚和的产生复位信号的引脚,该复位信号在电源电压低于预设阈值电平并在电源电平上升到超过该电平之后的保持时间至少为140ms时生效,即在电源电压稳定之后才开始复位,提高了系统电压的稳定性。
优选地,所述PowerPC处理器还连接有DDR3存储器、SPI-FLASH、非易失性存储器和温度传感器。
将256M、64bit的DDR3存储器连接至P2020的DDR控制器接口,作为系统运行内存空间使用,并提供了相较于DDR2 SDRAM更高的运行效能与更低的功耗。SPI-FLASH为串行外围设备接口的闪存,PowerPC处理器通过串行接口SPI对SPI-FLASH进行读写操作。非易失性存储器,用来存储启动系统的镜像文件,实现程序的固化。在程序启动时,PowerPC的配置文件从非易失性存储器启动,由于是非易失性存储器,提高了系统运行的稳定性和安全性。温度传感器用于监控内外环境温度,PowerPC处理器根据检测结果发送报警信号和启动风扇。
优选地,所述温度传感器的型号为ADT7461。
温度传感器ADT7461的优点:是一种温度监控传感器,在温度过高时同时输出报警。
优选地,所述非易失性存储器为非易失性随机访问存储器NOR FLASH或非易失性闪存存储器NVRAM和铁电随机存储器F-RAM。
采用随机访问方式的非易失性存储器,访问速度比顺序访问的速度要快很多。将128M字节的NOR FLASH,挂载到P2020处理器的LocalBus总线,作为系统存储空间,可用作存储应用程序和用户数据;铁电随机存储器F-RAM属于非易失性存储器,数据在掉电情况下不会丢失。铁电随机存储器F-RAM比一般串口EEPROM器件有超过10,000倍的耐性,低于3,000倍的功耗和将近500倍的写入速度。铁电随机存储器F-RAM结合了RAM和ROM的优势,与传统的非易失存储器相比,具有高速、低功耗、长寿命的特点。NVRAM,非易失性随机访问存储器(Non-Volatile Random Access Memory),是指断电后仍能保持数据的一种RAM。NVRAM加速卡在DRAM和PCIeSSD之间建立了一个新存储层级,性能优异、可靠性超高,适用于需要高性能及高可靠性的任务关键型应用并且该解决方案基于业界标准的NVMe接口,实现了即插即用的PCIe连接,用NVMe将数据从内存移至NVRAM解决方案,效率比利用CPU周期要高出四倍,从而优化了CPU利用率。NVRAM里有一个专门移动数据的处理器,会代替CPU把数据移动到NVRAM里。
优选地,所述SRIO SWITCH与PowerPC处理器、背板连接器的连接均采用4X SRIO模式,PowerPC处理器的SRIO Port1端口配置为4x Slave工作模式,作为与SRIO SWITCH通信的高速数据传输通道。
SRIO SWITCH与PowerPC处理器、背板连接器的对外SRIO接口组成SRIO网络,通过硬件配置P2020 SRIO参数引脚电平,将P2020 SRIO控制器的Port1端口配置为4x Slave工作模式,线速率达到3.125Gbps,大大提高了P2020的数据处理速率。
优选地,所述SRIO SWITCH的型号为TSI578。
基于SRIO交换技术的TSI578交换芯片,提供处理器与外部板间设备的高速数据交换通道。通过硬件配置TSI578交换芯片的参数引脚电平,配置SRIO模式为4x,线速率为3.125Gbps;大大提到了系统的数据处理速率。TSI578与4路PowerPC及和背板连接器对外SRIO接口外设组建SRIO网络,进一步提高系统内部和外部的数据传输率。
优选地,所述FPGA型号为XC7K325T-2FFG9001。
利用FPGA信号处理速度很快的优势,进行信号的预处理。
优选地,所述背板连接器还连接有电源管理模块,所述电源管理模块用于提供1.0V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V和3.3V电压。
电源管理模块为信息处理系统中的芯片提供电压。
本实用新型与现有技术相比,具有以下优点及有益效果:
(1)本实用新型设计使用4阵列双核PowerPC处理器,具备强大的处理和控制功能,性能大大领先于普通的嵌入式计算机信息处理系统。
(2)本实用新型所设计的4路PowerPC+SRIO交换技术组建的SRIO网络,不仅对内提供高带宽、高速率的内部总线数据交换功能,同时还对外提供板间数据交换的高带宽、高速率总线通道。
附图说明
图1为本实用新型的系统原理框图;
图2为PowerPC单元原理框图。
具体实施方式
首先,在对本实用新型的具体实施方式作具体介绍之前,对文中涉及的技术名词给予解释说明:
NVRAM非易失性随机访问存储器(Non-Volatile Random Access Memory),是指断电后仍能保持数据的一种RAM;
RGMII(Reduced Gigabit Media Independent Interface)是Reduced GMII(吉比特介质独立接口);
MAC、PHY:以网接口可分为协议层和物理层,协议层是由一个叫MAC(Media AccessLayer,媒体访问层)控制器的单一模块实现;物理层由两部分组成,即PHY(PhysicalLayer,物理层)和传输器。
NVMe(Non-Volatile Memory express),是一种建立在M.2接口上的类似AHCI的一种协议,是专门为闪存类存储器设计的协议;
AHCI(Serial ATA Advanced Host Controller Interface)串行ATA高级主控接口/高级主机控制器接口,它允许存储驱动程序启用高级串行ATA 功能;
M.2接口:M.2原名是NGFF接口,主要用来取代mSATA接口,具备体积小巧、性能主流等特点。支持PCI-E通道以及SATA,M.2接口全面转向PCI-E3.0 x4通道,理论带宽达到了32Gbps;
SRIO: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;
Local Bus总线又称为CPU总线,根据高低位地址线序的差异,又可分为MotorolaCPU总线和Intel CPU总线。古老的CS51单片机就是Intel CPU总线的典型代表,而我们常用的Power PC就是Motorola CPU总线架构。
下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明,但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1:
结合附图1所示,一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,包括前面板调试连接器和背板连接器,所述背板连接器连接有SRIO SWITCH、PowerPC处理器和电源管理模块,所述SRIO SWITCH与PowerPC处理器相互串接,所述SRIO SWITCH还连接有FPGA、所述FPGA与PowerPC处理器串接,所述PowerPC处理器还连接有千兆交换机,所述千兆交换机与前面板调试连接器连接,所述PowerPC处理器为四个。
PowerPC架构的处理器,具有高性能与低功耗的优点,在单核功耗的设计上实现了双核性能,适用于嵌入式处理器,为嵌入式系统提供了高带宽和高密度计算能力,提高了性能和稳定性。采用4阵列的PowerPC架构的处理器与SRIO SWITCH的连接,相对于一个PowerPC处理器的传输速率,提升了4倍,进一步提高系统的数据计算和处理能力。
实施例2:
在实施例1的基础上,结合附图1和图2所示,所述PowerPC处理器的型号为P2020。
基于PowerPC架构的P2020双核处理器,包含2个高性能PowerPC架构e500内核,每个内核具备32K字节的一级指令缓存和32K字节的一级数据缓存,处理器集成了512K字节的二级缓存,同时,还具备2路串口、3路千兆以太网口以及2路RapidIO接口,为信息处理系统提供强大的运算能力和丰富的外设接口,进一步提高系统数据处理能力。PowerPC处理器中的RGMII均采用4位数据接口,工作时钟频率为125MHz,并且在时钟的上升沿和下降沿同时传输数据,因此传输速率可达1000Mbps。RGMII一般用于媒体访问层MAC和物理层PHY之间的通信,采用RGMII的目的是降低电路成本,使实现这种接口的器件的引脚数从25个减少到14个。P2020通过以太网PHY芯片连接千兆交换机VSC7428、背板连接器的对外SRIO接口,组成了一个SRIO网络,提高系统内部和外部的数据传输率。P2020通过电平转换芯片MAX3232EUE连接背板连接器和前面板调试连接器,实现P2020与背板连接器、前面板调试连接器的异步、全双工通信。
优选地,所述P2020还连接有微处理器监控电路,所述微处理器监控电路采用芯片CAT811或芯片CAT812。
微处理器电源监控器采用芯片CAT811或芯片CAT812来监控PowerPC处理器电源。微处理器电源监控器包括手动复位引脚和的产生复位信号的引脚,该复位信号在电源电压低于预设阈值电平并在电源电平上升到超过该电平之后的保持时间至少为140ms时生效,即在电源电压稳定之后才开始复位,提高了系统电压的稳定性。值得说明的是,微处理器电源监控器接收复位管理模块的复位指令,对P2020输出复位信号。P2020还连接有状态指示LED灯、用于芯片内部测试的JTAG接口、第一时钟缓冲器和第二时钟缓冲器,第一时钟缓冲器采用时钟频率为66.667MHz,为P2020提供系统时钟和DDR时钟,第二时钟缓冲器采用时钟频率为125 MHz,为P2020提供网络时钟,并为网络PHY提供网络PHY时钟。
优选地,所述PowerPC处理器还连接有DDR3存储器、SPI-FLASH、非易失性存储器和温度传感器。
将256M、64bit的DDR3存储器连接至P2020的DDR控制器接口,作为系统运行内存空间使用,并提供了相较于DDR2 SDRAM更高的运行效能与更低的功耗。SPI-FLASH为串行外围设备接口的闪存,PowerPC处理器通过串行接口SPI对SPI-FLASH进行读写操作。非易失性存储器,用来存储启动系统的镜像文件,实现程序的固化。在程序启动时,PowerPC的配置文件从非易失性存储器启动,由于是非易失性存储器,提高了系统运行的稳定性和安全性。温度传感器用于监控内外环境温度,PowerPC处理器根据检测结果发送报警信号和启动风扇。
优选地,所述温度传感器的型号为ADT7461。
温度传感器ADT7461的优点:是一种温度监控传感器,在温度过高时同时输出报警。
优选地,所述非易失性存储器为非易失性随机访问存储器NOR FLASH或非易失性闪存存储器NVRAM和铁电随机存储器F-RAM。
采用随机访问方式的非易失性存储器,访问速度比顺序访问的速度要快很多。将128M字节的NOR FLASH,挂载到P2020处理器的LocalBus总线,作为系统存储空间,可用作存储应用程序和用户数据;铁电随机存储器F-RAM属于非易失性存储器,数据在掉电情况下不会丢失。铁电随机存储器F-RAM比一般串口EEPROM器件有超过10,000倍的耐性,低于3,000倍的功耗和将近500倍的写入速度。铁电随机存储器F-RAM结合了RAM和ROM的优势,与传统的非易失存储器相比,具有高速、低功耗、长寿命的特点。NVRAM,非易失性随机访问存储器(Non-Volatile Random Access Memory),是指断电后仍能保持数据的一种RAM。NVRAM加速卡在DRAM和PCIeSSD之间建立了一个新存储层级,性能优异、可靠性超高,适用于需要高性能及高可靠性的任务关键型应用并且该解决方案基于业界标准的NVMe接口,实现了即插即用的PCIe连接,用NVMe将数据从内存移至NVRAM解决方案,效率比利用CPU周期要高出四倍,从而优化了CPU利用率。NVRAM里有一个专门移动数据的处理器,会代替CPU把数据移动到NVRAM里。
实施例3:
在实施例1或2的基础上,结合附图1所示,所述SRIO SWITCH与PowerPC处理器、背板连接器的连接均采用4X SRIO模式,PowerPC处理器的SRIO Port1端口配置为4x Slave工作模式,作为与SRIO SWITCH通信的高速数据传输通道。
SRIO SWITCH与PowerPC处理器、背板连接器的对外SRIO接口组成SRIO网络,通过硬件配置P2020 SRIO参数引脚电平,将P2020 SRIO控制器的Port1端口配置为4x Slave工作模式,线速率达到3.125Gbps,大大提高了P2020的数据处理速率。
优选地,所述SRIO SWITCH的型号为TSI578。
基于SRIO交换技术的TSI578交换芯片,提供处理器与外部板间设备的高速数据交换通道。通过硬件配置TSI578交换芯片的参数引脚电平,配置SRIO模式为4x,线速率为3.125Gbps;大大提到了系统的数据处理速率。TSI578与4路PowerPC及和背板连接器对外SRIO接口外设组建SRIO网络,进一步提高系统内部和外部的数据传输率。
优选地,所述FPGA型号为XC7K325T-2FFG9001。
利用FPGA信号处理速度很快的优势,进行信号的预处理。FPGA与P2020采用DMA方式,在一定时间段内,由DMA控制器取代P2020,获得总线控制权,来实现内存与外设的数据通信,因此提高数据的读取速率。
优选地,所述背板连接器还连接有电源管理模块,所述电源管理模块用于提供1.0V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V和3.3V电压。
电源管理模块为信息处理系统中的芯片提供电压。
以上所述,仅是本实用新型的较佳实施例,并非对本实用新型做任何形式上的限制,凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,包括前面板调试连接器和背板连接器,其特征在于:所述背板连接器连接有SRIO SWITCH、PowerPC处理器和电源管理模块,所述SRIO SWITCH与PowerPC处理器相互串接,所述SRIO SWITCH还连接有FPGA、所述FPGA与PowerPC处理器串接,所述PowerPC处理器还连接有千兆交换机,所述千兆交换机与前面板调试连接器连接,所述PowerPC处理器为四个。
2.根据权利要求1所述的一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,其特征在于:所述PowerPC处理器的型号为P2020。
3.根据权利要求2所述的一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,其特征在于:所述P2020还连接有微处理器监控电路,所述微处理器监控电路采用芯片CAT811或芯片CAT812。
4.根据权利要求3所述的一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,其特征在于:所述PowerPC处理器还连接有DDR3存储器、SPI-FLASH、非易失性存储器和温度传感器。
5.根据权利要求4所述的一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,其特征在于:所述温度传感器的型号为ADT7461。
6.根据权利要求5所述的一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,其特征在于:所述非易失性存储器为非易失性随机访问存储器NOR FLASH或非易失性闪存存储器NVRAM和铁电随机存储器F-RAM。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,其特征在于:所述SRIO SWITCH与PowerPC处理器、背板连接器的连接均采用4XSRIO模式,PowerPC处理器的SRIO Port1端口配置为4x Slave工作模式,作为与SRIOSWITCH通信的高速数据传输通道。
8. 根据权利要求7所述的一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,其特征在于:所述SRIO SWITCH的型号为TSI578。
9.根据权利要求1-6和8中任意一项所述的一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,其特征在于:所述FPGA型号为XC7K325T-2FFG9001。
10.根据权利要求1-6和8中任意一项所述的一种基于PowerPC处理器+SRIO交换技术的信息处理系统,其特征在于:所述背板连接器还连接有电源管理模块,所述电源管理模块用于提供1.0V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V和3.3V电压。
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