設(shè)計(jì)了一款基于國產(chǎn)處理器龍芯2F 的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要面向車載和便攜設(shè)備。針對車載和便攜設(shè)備的特點(diǎn)，在芯片選擇上主要突出低功耗和穩(wěn)定性；對直流電源部分進(jìn)行了優(yōu)化，提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率；在系統(tǒng)的調(diào)試過程中，采用替代手段消除SM502芯片I2C 邏輯上的bug，使系統(tǒng)支持市場上所有類型的內(nèi)存條；為使系統(tǒng)的信號(hào)完整性達(dá)到高頻電路的要求，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法和流程。
0． 引言
近年來，車載和便攜式多媒體播放設(shè)備倍受人們追捧，競相推出多種設(shè)計(jì)方案?；邶埿?F[1，2] （LOONGSON-2F ）處理器的車載和便攜設(shè)備設(shè)計(jì)方案主要面向車載娛樂、超移動(dòng)設(shè)備（UMD）、移動(dòng)Internet 設(shè)備（MID）等高性能、低功耗嵌入式領(lǐng)域從事開發(fā)和生產(chǎn)的公司企業(yè)。該方案采用龍芯2F（LOONGSON-2F ）處理器為控制核心，根據(jù)車載和便攜設(shè)備工作環(huán)境和特點(diǎn)，采用SM502 [3]多功能顯示控制芯片，它能夠支持多種媒體格式，可實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)、看電視、錄制和播放音樂等功能；板載FLASH 和DDR2 內(nèi)存，可獨(dú)立引導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)核工作，利用串口作為系統(tǒng)終端。也可通過板載的通用PCI 和LOCAL BUS 總路線接口進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)，加之CPU 使用國產(chǎn)芯片，具有功耗低、價(jià)格低廉的特性，該設(shè)計(jì)方案具有較高的應(yīng)用和參考價(jià)值。
1． 龍芯2F 處理器的功能與特點(diǎn)
本系統(tǒng)采用的龍芯2F（LOONGSON-2F ）處理器，是中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所最新發(fā)布的一款64 位MIPSⅢ指令集的通用RISC 微處理器。該處理器在國內(nèi)首個(gè)采用了90nmCMOS 設(shè)計(jì)工藝，面積為35nm2，典型工作頻率800MHz 下實(shí)測功耗為4"5W ，最高工作頻率可達(dá)1G；最高浮點(diǎn)運(yùn)算速度為每秒40/80 億次雙/單精度浮點(diǎn)運(yùn)算，片內(nèi)集成了PCI/PCIX 等IO 控制器，并集成片上二級CACHE、DDR2 內(nèi)存控制器，非常適合高端嵌入式領(lǐng)域。
2． 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖1 所示。
龍芯2F（LOONGSON-2F ）處理器為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，并承擔(dān)所有數(shù)據(jù)的處理任務(wù)。系統(tǒng)通過ICS950220 時(shí)鐘合成器產(chǎn)生主板上各芯片所需的時(shí)鐘，同時(shí)該芯片帶有看門狗功能。系統(tǒng)內(nèi)存是通過處理器內(nèi)部集成的DDR2 控制器擴(kuò)展，考慮到PCB 印制板的面積和訪存更高的帶寬需求，采用4 片16bit 位寬的內(nèi)存顆粒方案，內(nèi)存容量取決于采用顆粒的容量，最大可支持1GB 內(nèi)存，其工作頻率為300MHz 。通過處理器提供的LOCAL BUS 擴(kuò)展512KB Flash電感生產(chǎn) ROM 用于系統(tǒng)BIOS 存儲(chǔ)。
2．1 系統(tǒng)電源
無論是車載還是便攜設(shè)備均需需采用直流電源供電，因此，節(jié)能和和高效是電源設(shè)計(jì)的主題。圖1 的電源模塊可見，本系統(tǒng)主板采用了+5V 的直流適配器作為供電電源，供給CPU 使用的1.2V 和供給接口電路使用的3.3V 直流電源由于通過的電流比較大，均采用效率較高的開關(guān)電源。按照常規(guī)設(shè)計(jì)，供給DDR2 和SM502 使用的1.8V 電源由3.3V 電源引入，分別由兩個(gè)線性電源（LDO）產(chǎn)生，本系統(tǒng)均改成效率較高的開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率，實(shí)測整個(gè)系統(tǒng)的功耗控制在10W 以內(nèi)。
2.2 系統(tǒng)接口
1、系統(tǒng)通過多功能顯示控制芯片SM502 驅(qū)動(dòng)各種接口，SM502 可通過PCI BUS 直接與處理器相連，支持2D 顯示加速，可提供：AC97 標(biāo)準(zhǔn)音頻接口（通過ALC203 芯片控制）、一個(gè)UBS1.1 接口、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS232 串口和一個(gè)調(diào)試串口（均由SP3232 芯片控制）、VGA 和LCD 顯示接口、ZV 視頻接口（由SSA7118 芯片控制）。
2、系統(tǒng)通過PCI BUS 采用RTL8139D 作為以太網(wǎng)控制芯片，提供10/100M 以太網(wǎng)接口。
3、電感器生產(chǎn)廠家系統(tǒng)通過PCI BUS 采用uPD72一體成型電感器0102 作為USB 控制器芯片，提供三個(gè)USB2.0 接口。其中一路USB接口通過AU6331 讀卡機(jī)控制器芯片，提供一個(gè)SD/MMC 接口。
3． 系統(tǒng)軟件
本系統(tǒng)運(yùn)行在LINUX DEBIAN4.0 操作系統(tǒng)下，其內(nèi)核為LINUX 2.6.21。將Bootloarder–PMON2000 燒制在板載的BIOS ROM 中，加電后自動(dòng)完成處理器、緩存、內(nèi)存控制器、網(wǎng)絡(luò)控制器等初始化工作。同時(shí)PMON2000 擁有少量行命令集，用于啟動(dòng)后對內(nèi)存的讀寫校驗(yàn)、板載Flash 的擦寫、IP設(shè)置、串 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
