龙芯2号PC104Plus处理器模块设计

　　PC104 Plus标准由IEEE标准化组织于1997年制定，对原PC104标准进行了扩展。PC104 Plus总线由两部分组成，分别与PCI总线和ISA总线完全兼容。该标准制定了一种体积小、功耗低、连接灵活的嵌入式总线规范。由于其具有超小型、高集成度、高可靠性等特点，目前已被广泛应用于工业控制、航空航天、军事等领域中。

　　龙芯2号是中国科学院计算技术研究所自主研发的国内首款64位高性能通用CPU，已经批量生产的龙芯2C (Godson 2C]CPU经实测性能达到了奔腾3系列500MHz水平。基于龙芯2号设计相应的PC104 Plus处理器模块，将填补我国通用处理器在PCI04 Plus产品领域的空白，为国产通用处理器的应用提供一个新的途径。对比市场上基于x86体系结构的对应产品，龙芯2号由于采用了RISC体系结构，具有高性能、低功耗等特点，因此基于龙芯2号的PC104 Plus处理器模块将有很大的优势和很高的性价比。

　　1 系统设计

　　PC104 Plus处理器模块是一个小型化但功能完整的CPU主板系统，在设计时必须为龙芯2号选择相应的北桥和南桥等配套芯片。龙芯2号采用了工业标准的64位SYSAD系统总线接口，因此相应地选用了Marvell公司的GT64240A作为JPC104 Plus处理器模块中龙芯2号的配套北桥。在系统中，南桥采用了Intel的82371芯片，该芯片通过PCI总线与系统北桥相连接，可提供两个IDE接口、两个USB接口并对外提供ISA总线接口。SUPERIO芯片选用了Winbond的W83977，通过ISA总线与南桥连接。系统完整的结构图如图1所示。

　　从图l中可以看出.龙芯2号与北桥直接用SYSAD64总线连接，并从北桥的SDRAM接口扩展了一个SODIMM槽，可直接使用市场上的笔记本内存条。方便用户进行内存升级和更换，最大可支持到256M。BIOS启动电路从北桥的32位DEVICE口扩展，可支持8位F1lASH或EEPROM为BIOS启动芯片。GT64240支持两个PCI口，在设计中采用了PCI0连接系统南桥芯片。PCI 1连接到PCI Plus插座，用于扩展其他PCl04 Plus模块。南桥和superIO提供了系统的外设接口，并同时将ISA总线扩展到PC104插座。为了提高系统的可靠性，通过北桥的MPP端口(多功能口)扩展了看门狗电路和扬声器电路，可用于系统恢复和报警。

　　2 关键技术

　　PC104 Plus系统通常用于对应用空间有较高要求的环境或工业、野外等恶劣环境中，因此要求模块体积小并且可靠性高。以下对系统设计中的关键技术进行阐述。

　　2.1 电源方案设计

　　电源是整个系统的关键，电源的性能在很大程度上将直接影响系统的可靠运行。实践经验表明，在工业控制计算机因外部干扰引起的故障中，80%以上都是因为电源的原因产生的。