CN209103186U - 基于申威421处理器和套片的cpci-e工控机主板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于申威421处理器和套片的CPCI‑E工控机主板，包括申威421处理器、套片控制器模块、CPCI Express连接器模块、PEX8632桥芯片；所述申威421处理器与PEX8632桥芯片连接，所述套片控制器模块与CPCI Express连接器模块、PEX8632桥芯片连接。本实用新型采用申威421处理器，申威套片集成高性能PCI‑E Switch桥片，扩展丰富的PCIE插槽，可自由扩展PCIE外设，同时本实用新型通过套片完成图形图像子系统、多层次片上通信结构等功能，提供丰富接口资源，兼容性强，可满足不同行业的需求。

Description

基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板

技术领域

本实用新型涉及一种工控机主板，尤其涉及一种基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板。

背景技术

计算机在最近的几十年中，极大地改变了我们的生活。在工业中，计算机也得到了相应的应用，这就是工业计算机。所谓工业计算机，简单的来说，就是把计算机应用在工业中，也正是因为应用在了工业中，工业计算机和普通的计算机有了不同的特点。随着我国信息化的进一步深入发展，信息安全问题日益引起重视。尤其是“棱镜门”事件的爆发，更是为我国的信息安全保护问题敲响了警钟，加强我国自身的信息安全建设刻不容缓。为了推动我国的信息安全建设，对信息安全产品的国产化要求越来越迫切。在信息安全产品中最重要的一个部分就是嵌入式系统信息安全的问题，而嵌入式系统中的一个重要组成部分就是处理器，因而处理器内核的安全性就决定了整个嵌入式系统的安全性能的高低。但是，目前在工业控制计算机行业使用的多为国外品牌的处理器，这些处理器内核在结构设计中主要考虑的是速度、可靠性、功耗等一些非安全性的因素，导致处理器存在很多安全漏洞，使得不法分子或国外反动势力可以很容易在出口到我国的处理器中植入监听、监视装置来窃取我国政府部门、科研机构、企事业单位等的机密。

实用新型内容

本实用新型的目的在于通过一种基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板，包括申威421处理器、套片控制器模块、CPCI Express连接器模块、PEX8632桥芯片；所述申威421处理器与PEX8632桥芯片连接，所述套片控制器模块与CPCI Express连接器模块、PEX8632桥芯片连接；所述套片控制器模块接出一个千兆以太网PHY芯片、一个PCI-E Switch桥片、一个RTC芯片、两路PCI-E下行接口、两个视频编码器、四路USB信号、一个USB转UART控制器、一个RS232驱动/接收控制器、一路PS/2信号、两路SATA信号、一个mSATA电子盘；所述PCI-E Switch桥片与CPCIExpress连接器模块连接；所述CPCI Express连接器模块包括XP1、XJ2、XJ3、XJ4、XJ5、XJ6、XJ7、XJ8、XJ9九个连接器，XP1为CPCI Express规范中定义的系统板电源连接器，XJ2、XJ3、XJ5、XJ6、XJ7、XJ8为CPCI Express规范中定义的高速差分连接器，XJ4、XJ9为CPCI Express规范中定义的单点信号连接器。

特别地，所述申威421处理器集成有一路DDR3存储控制器接口和一路PCI-E接口，DDR3存储控制器接口接DDR3内存颗粒，一路PCI-E接PEX8632桥芯片转成2路PCIE通道，PEX8632桥芯片输出的一路PCI-E接套片控制器模块，另一路PCI-E接CPCI Express连接器模块。

特别地，所述千兆以太网PHY芯片接出两路GMII/RGMII信号。

特别地，所述RTC芯片反馈时钟给套片控制器模块。

特别地，所述两路视频编码器分别接出一路DVI+VGA复用信号和一路DVI信号。

特别地，所述RS232驱动/接收控制器接出一路RS232信号。

特别地，所述USB转UART控制器接出一个RS232驱动/接收控制器，该RS232驱动/接收控制器接出一路RS232信号。

特别地，所述PCI-E Switch桥片选用四路PCI-E通道的PEX8609芯片，PEX8609芯片分别接出四路PCI-E接口。

特别地，所述套片控制器模块接出两路千兆以太网控制器，两路千兆以太网控制器接出两路GMII/RGMII信号。

特别地，所述套片控制器模块接出一路音频编码器，所述音频编码器选用音频编解码芯片ALC655，音频编解码芯片ALC655接出MIC输入信号、Line IN输入信号和Line OUT输出信号。

本实用新型提出的基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板中申威421处理器集成有一路DDR3存储控制器接口和一路PCI-E接口，其中PCI-E接口符合PCI-E 3.0规范，相比申威411处理器减少了一路PCI-E接口；但是每条链路速率为8Gbps，相比申威411处理器大大增加了数据交换与运算的速度；DDR3存储控制器接口接DDR3内存颗粒，相比申威411处理器减少了一路DDR3存储控制器接口，但是支持的存储器最高容量增大了一倍为32GB；一路PCI-E接PEX8632桥芯片转成2路PCIE通道，PEX8632桥芯片输出的一路PCI-E接套片控制器模块，另一路PCI-E接CPCI Express连接器模块。本实用新型中套片控制器模块集成高性能PCI-E Switch桥片，扩接丰富的PCIE插槽，可自由扩展PCIE外设，同时本实用新型通过套片完成图形图像子系统、多层次片上通信结构等功能，提供丰富接口资源，兼容性强，可满足不同行业的需求。本实用新型采用的CPCI Express连接器模块使用点对点的串行互联技术取代PCI的并行结构互联技术，不仅保证了高频率的工作能力，还可以为每一设备分配独享的通道带宽，保证了每个设备的带宽资源，提高了数据传输率；采用全双工工作模式，发送数据和传输数据可以同时进行，相比于PCI在一个时钟周期内只能进行单向传输，提高了数据传输效率。本实用新型采用我国完全自主设计的申威处理器,其软硬件设计完全自主可控，安全性高，为我国电力、通信、金融和国防等国家命脉行业的信息安全提供有力保障，并且通过套片完成了多层次片上通信结构、高性能PCIE交叉开关、图形图像子系统、存储等功能，满足系统的可信引导和软件的安全认证需求，同时主板接口资源丰富，兼容性强，满足不同行业需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本实用新型。

请参照图1所示，图1为本实用新型实施例提供的基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板结构图。

本实施例中基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板具体包括申威421处理器、套片控制器模块、CPCI Express连接器模块、PEX8632桥芯片；所述申威421处理器与PEX8632桥芯片连接，所述套片控制器模块与CPCI Express连接器模块、PEX8632桥芯片连接。所述申威421处理器为主板的核心处理、控制单元，并且提供一路PCIE×8的PCI-E链路。所述套片控制器模块为主板提供各种控制器及I/O接口和PCI-E Switch桥片。所述PCI-ESwitch桥片提供一路PCIE×8的PCI-E链路，一路PCIE×4的PCI-E链路和连接一个PCI-ESwitch桥片。所述PCI-E Switch桥片用于为主板提供扩展的四路×1的PCI-E链路。所述CPCI Express连接器模块负责主板与底板或其他板卡之间的通信。

所述申威421处理器集成了一路DDR3存储控制器接口，可接64位DDR3内存颗粒；一路PCI-E接口，其中一路PCIE接PEX8632桥芯片转成2路PCIE通道，PEX8632桥芯片输出的一路PCI-E接套片控制器模块，另一路PCI-E接CPCI Express连接器模块。申威421处理器是一款由上海高性能集成电路设计中心自主研发的64位字长的高性能通用处理器。申威421处理器为64位字长的RISC架构高性能通用处理器，单芯片中集成了4个申威421的新一代申威Core3A核心、8MB的三级共享Cache、一路64位DDR3存储控制器、一路第三代标准PCI-E接口、支持调试和管理的维护接口以及符合IEEE1149.1标准的测试接口。

所述套片控制器模块采用国产IO芯片SWICH，该芯片集成了多层次片上通信结构、高性能PCI-E交叉开关、图形图像子系统、DDR2/3存储控制器、高速输入输出部件、低速输入输出部件以及系统控制部件等；片内集成符合国家标准的可信密码模块TCM，具有加/解密、签名/验签、密钥处理等密码运算功能，满足系统可信引导和软件的安全认证需求，适用于高安全需要的国产化系列平台产品应用。

所述套片控制器模块接出一个千兆以太网PHY芯片、一个PCI-E Switch桥片、一个RTC芯片、两路PCI-E接口、两个视频编码器、四路USB信号、一个USB转UART控制器、一个RS232驱动/接收控制器、一路PS/2信号、两路SATA信号、一个mSATA电子盘、一个音频编码器。所述千兆以太网PHY芯片接出两路GMII/RGMII信号。所述PCI-E Switch控制器模块采用PCI-E Switch桥片，该桥片选用八路PCI-E通道的PEX8609芯片，PEX8609芯片接出四路PCI-E接口。所述千兆以太网控制器接出GMII/RGMII信号。所述RTC芯片反馈时钟给套片控制器模块。所述视频编码器分别接出一路DVI和VGA复用信号和一路DVI信号。所述USB转UART控制器接出一个RS232驱动/接收控制器。所述RS232驱动/接收控制器接出一路RS232信号。所述RS232驱动/接收控制器接出一路RS232信号。所述音频编码芯片ALC655接出一路MIC输入信号、Line IN输入信号和Line OUT输出信号。

所述CPCI Express连接器模块具体包括XP1、XJ2、XJ3、XJ4、XJ5、XJ6、XJ7、XJ8、XJ9九个连接器。XP1为CPCI Express规范中定义的系统板电源连接器，该连接器为基于申威421处理器和套片的CPCI Express工控机主板提供电源输入。XJ2、XJ3、XJ5、XJ6、XJ7、XJ8为CPCI Express规范中定义的高速差分连接器，该连接器作为基于申威421处理器和套片的CPCI Express工控机主板与底板或其他板卡之间的差分信号通信接口。XJ4、XJ9为CPCIExpress规范中定义的单点信号连接器，该连接器作为基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板与底板或其他板卡之间的单点信号通信接口。

CPCI Express连接器模块标准是在PCI电气和软件规范的基础上采用欧卡的工业组装标准组合而成，具有开放的架构体系、高可靠性、低成本和通用的操作系统等显著优势。突出表现为以下几个方面：采用点对点的串行互联技术取代PCI的并行结构互联技术，不仅保证了高频率的工作能力，还可以为每一设备分配独享的通道带宽，保证了每个设备的带宽资源，提高了数据传输率；采用全双工工作模式，发送数据和传输数据可以同时进行，相比于PCI在一个时钟周期内只能进行单向传输，提高了数据传输效率；软件层与PCI兼容、先进错误报告和链路级的数据完整性等技术。

需要说明的是，DDR3(Double Data Rate3,即第三代双倍速率同步动态随机存储器)是指一种内存规格。PCI-E(PCI Express)是指增强型外部互联标准是一种连接电子计算机主板和外部设备的总线标准。PCI(Personal Computer Interface)是指外设互联标准，是一种连接电子计算机主板和外部设备的总线标准。GMII(Gigabit MediumIndependent Interface)是一种千兆以太网接口标准。RGMII(Reduced Gigabit MediumIndependent Interface)是一种简化的千兆以太网接口标准。I2C(Inter-IntegratedCircuit)是一种两线式串行总线标准。RTC(Real-Time Clock)是实时时钟。DVI(DigitalVisual Interface)是数字视频接口。VGA(Video Graphics Array)是一种视频输出标准。USB(Universal Serial Bus)是一个外部总线标准。UART(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter)是一种通用串行数据总线。RS232是一种异步传输标准接口。PS/2是在较早电脑上常见的接口之一，用于鼠标、键盘等设备。SATA(Serial AdvancedTechnology Attachment)是一种串行高级技术，是一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口，是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。

本实用新型中申威421处理器集成有一路DDR3存储控制器接口和一路PCI-E接口，其中PCI-E接口符合PCI-E 3.0规范，相比申威411处理器减少了一路PCI-E接口；但是每条链路速率为8Gbps，相比申威411处理器大大增加了数据交换与运算的速度；DDR3存储控制器接口接DDR3内存颗粒，相比申威411处理器减少了一路DDR3存储控制器接口，但是支持的存储器最高容量增大了一倍为32GB；一路PCI-E接PEX8632桥芯片转成2路PCIE通道，PEX8632桥芯片输出的一路PCI-E接套片控制器模块，另一路PCI-E接CPCI Express连接器模块。本实用新型中套片控制器模块集成高性能PCI-E Switch桥片，扩接丰富的PCIE插槽，可自由扩展PCIE外设，同时本实用新型通过套片完成图形图像子系统、多层次片上通信结构等功能，提供丰富接口资源，兼容性强，可满足不同行业的需求。本实用新型采用的CPCIExpress连接器模块使用点对点的串行互联技术取代PCI的并行结构互联技术，不仅保证了高频率的工作能力，还可以为每一设备分配独享的通道带宽，保证了每个设备的带宽资源，提高了数据传输率；采用全双工工作模式，发送数据和传输数据可以同时进行，相比于PCI在一个时钟周期内只能进行单向传输，提高了数据传输效率。本实用新型采用我国完全自主设计的申威处理器,其软硬件设计完全自主可控，安全性高，为我国电力、通信、金融和国防等国家命脉行业的信息安全提供有力保障，并且通过套片完成了多层次片上通信结构、高性能PCIE交叉开关、图形图像子系统、存储等功能，满足系统的可信引导和软件的安全认证需求，同时主板接口资源丰富，兼容性强，满足不同行业需求。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板，其特征在于，包括申威421处理器、套片控制器模块、CPCI Express连接器模块、PEX8632桥芯片；所述申威421处理器与PEX8632桥芯片连接，所述套片控制器模块与CPCI Express连接器模块、PEX8632桥芯片连接；所述套片控制器模块接出一个千兆以太网PHY芯片、一个PCI-E Switch桥片、一个RTC芯片、两路PCI-E下行接口、两个视频编码器、四路USB信号、一个USB转UART控制器、一个RS232驱动/接收控制器、一路PS/2信号、两路SATA信号、一个mSATA电子盘；所述PCI-E Switch桥片与CPCI Express连接器模块连接；所述CPCI Express连接器模块包括XP1、XJ2、XJ3、XJ4、XJ5、XJ6、XJ7、XJ8、XJ9九个连接器，XP1为CPCI Express规范中定义的系统板电源连接器，XJ2、XJ3、XJ5、XJ6、XJ7、XJ8为CPCI Express规范中定义的高速差分连接器，XJ4、XJ9为CPCIExpress规范中定义的单点信号连接器。

2.根据权利要求1所述的基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板，其特征在于，所述申威421处理器集成有一路DDR3存储控制器接口和一路PCI-E接口，DDR3存储控制器接口接DDR3内存颗粒，一路PCI-E接PEX8632桥芯片转成2路PCIE通道，PEX8632桥芯片输出的一路PCI-E接套片控制器模块，另一路PCI-E接CPCI Express连接器模块。

3.根据权利要求1所述的基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板，其特征在于，所述千兆以太网PHY芯片接出两路GMII/RGMII信号。

4.根据权利要求1所述的基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板，其特征在于，所述RTC芯片反馈时钟给套片控制器模块。

5.根据权利要求1所述的基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板，其特征在于，所述两路视频编码器分别接出一路DVI+VGA复用信号和一路DVI信号。

6.根据权利要求1所述的基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板，其特征在于，所述RS232驱动/接收控制器接出一路RS232信号。

7.根据权利要求1所述的基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板，其特征在于，所述USB转UART控制器接出一个RS232驱动/接收控制器，该RS232驱动/接收控制器接出一路RS232信号。

8.根据权利要求1所述的基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板，其特征在于，所述PCI-E Switch桥片选用四路PCI-E通道的PEX8609芯片，PEX8609芯片分别接出四路PCI-E接口。

9.根据权利要求1所述的基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板，其特征在于，所述套片控制器模块接出两路千兆以太网控制器，两路千兆以太网控制器接出两路GMII/RGMII信号。

10.根据权利要求1至9之一所述的基于申威421处理器和套片的CPCI-E工控机主板，其特征在于，所述套片控制器模块接出一路音频编码器，所述音频编码器选用音频编解码芯片ALC655，音频编解码芯片ALC655接出MIC输入信号、Line IN输入信号和Line OUT输出信号。