基于龙芯车载和便携设备嵌入式系统设计

1.龙芯2F 措置器的功能与特点

本系统采用的龙芯2F（LOONGSON-2F ）措置器，是中国科学院计较手艺研究所最新发布的一款64 位MIPSⅢ指令集的通用RISC 微措置器。该措置器在国内首个采用了90nmCMOS 设计工艺，面积为35nm2，典型工作频率800MHz 下实测功耗为4~5W ，最高工作频率可达1G；最高浮点运算速度为每秒40/80 亿次双/单精度浮点运算，片内集成了PCI/PCIX 等IO 节制器，并集成片上二级CACHE、DDR2 内存节制器，很是适合高端嵌入式规模。

2.系统硬件结构设计系统的结构框架

龙芯2F（LOONGSON-2F ）措置器为整个系统的节制中心，并承担所稀有据的措置使命。系统经由过程ICS950220 时钟合成器发生主板上各芯片所需的时钟，同时该芯片带有看门狗功能。系统内存是经由过程措置器内部集成的DDR2 节制器扩展，考虑到PCB 印制板的面积和访存更高的带宽需求，采用4 片16bit 位宽的内存颗粒方案，内存容量取决于采用颗粒的容量，最年夜可撑持1GB 内存，其工作频率为300MHz 。经由过程措置器供给的LOCAL BUS 扩展512KB Flash ROM 用于系统BIOS 存储。

2．1 系统电源

无论是车载仍是便携设备均需需采用直流电源供电，是以，节能和和高效是电源设计的主题。图1 的电源模块可见，本系统主板采用了+5V 的直流适配器作为供电电源，供给CPU 使用的1.2V 和供给接口电路使用的3.3V 直流电源因为经由过程的电流斗劲年夜，均采用效率较高的开关电源。按照常规设计，供给DDR2 和SM502 使用的1.8V 电源由3.3V 电源引入，分袂由两个线性电源（LDO）发生，本系统均改成效率较高的开关电源实现，提高了整个系统的效率，实测整个系统的功耗节制在10W 以内。

3.系统接口

1、系统经由过程多功能显示节制芯片SM502 驱动各类接口，SM502 可经由过程PCI BUS 直接与措置器相连，撑持2D 显示加速，可供给：AC97 尺度音频接口（经由过程ALC203 芯片节制）、一个UBS1.1 接口、一个尺度RS232 串口和一个调试串口（均由SP3232 芯片节制）、VGA 和LCD 显示接口、ZV 视频接口（由SSA7118 芯片节制）。

2、系统经由过程PCI BUS 采用RTL8139D 作为以太网节制芯片，供给10/100M 以太网接口。3、系统经由过程PCI BUS 采用uPD720102 作为USB 节制器芯片，供给三个USB2.0 接口。其中一路USB接口经由过程AU6331 读卡机节制器芯片，供给一个SD/MMC 接口

4.系统软件

本系统运行在LINUX DEBIAN4.0 操作系统下，其内核为LINUX 2.6.21。将Bootloarder–PMON2000 烧制在板载的BIOS ROM 中，加电后自动完成措置器、缓存、内存节制器、收集节制器等初始化工作。同时PMON2000 拥有少量行呼吁集，用于启动后对内存的读写校验、板载Flash 的擦写、IP设置、串口设置以及跟主机之间进行数据通信，搜罗上传、下传文件、领受主机下达指令等等。经由过程PMON2000的内部呼吁将LINUX 2.6.21 内核装入内存。

在内存条上有一个ROM,里面保留着内存巨细、行地址数、列地址数、内存的bank 数等信息，这些信息可以经由过程I2C 总线来访谒到。作为一种通用设计方案，要求能撑持各类分歧类型的内存条。而在系统的调试过程中，我们发现SM502 芯片的I2C 逻辑有bug 。是以采用SM502 的gpio 来模拟I2C 时序，实现对内存（DIMM）条信息的读取。并操作读取到的信息对龙芯2F 措置器的DDR2 节制器进行设置装备摆设，收到精采的下场。经测试，今朝该系统撑持市场上的所有类型的内存条。

5.旌旗灯号完整性设计

因为整个系统模块电路体积较小，而电路的工作频率较高，是以整个设计对旌旗灯号的完整性有严酷的要求。龙芯2F 措置器的DDR2 内存总路线工作频率高达300MHz ，这部门电路是高速电路设计的一个瓶颈，对这部门电路仿真的功效根基上可以反映出整个电路旌旗灯号传输的下场。下面以DDR2 节制旌旗灯号为例，描述该问题采纳的设计体例和流程。

在现实设计中，首先操作龙芯2F 的IBIS 模子和仿真工具[4]预先确定关头旌旗灯号的走线拓扑结构和匹配体例，由此来拟定PCB 布线的约束。先提取PCB 布线前的仿真模子，经由过程不雅察看对应的仿真功效波形，可确定获得较好旌旗灯号质量的走线拓扑结构和匹配电路参数。完成PCB 布线后，再提取现实拓扑进行仿真，提取后的拓扑见图3 所示。此时模子已搜罗PCB 板的叠层和阻抗节制信息，并对现实过孔进行了建模。经由过程调整走线并不雅察看仿真功效可获得最终最佳的走线。图4 给出了调整后的仿真功效，可以不雅察看到在receiver 端获得了较好的旌旗灯号质量，同时driver 端的过冲现象也在可接管的规模内。最后在现实板极调试中再测量现实旌旗灯号波形，经由过程调整匹配元件进行微调来确保现实旌旗灯号质量的靠得住性。实践剖明，基于这种体例和流程能削减旌旗灯号完整性带来的设计风险，降低调试难度。本文稿中所有仿真IC modeling 参数为typical，driver 的激励旌旗灯号为133MHz 周期旌旗灯号。

6.小结

本文介绍了基于龙芯2F 措置器的车载和便携设备系统设计过程，首要对系统硬件结构、软件系统、旌旗灯号的完整性设计、提高整机效率等关头手艺进行了阐述。该系统结构紧凑，既能自力工作又供给了矫捷的扩展接口，具有很年夜的应用前景。