车载和便携设备系统设计
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0. 引言
近年来,车载和便携式多媒体播放设备倍受人们追捧,竞相推出多种设计方案。基于龙芯2F[1,2] (LOONGSON-2F )处理器的车载和便携设备设计方案主要面向车载娱乐、超移动设备(UMD)、移动Internet 设备(MID)等高性能、低功耗嵌入式领域从事开发和生产的公司企业。该方案采用龙芯2F(LOONGSON-2F )处理器为控制核心,根据车载和便携设备工作环境和特点,采用SM502 [3]多功能显示控制芯片,它能够支持多种媒体格式,可实现上网、看电视、录制和播放音乐等功能;板载FLASH 和DDR2 内存,可独立引导系统内核工作,利用串口作为系统终端。也可通过板载的通用PCI 和LOCAL BUS 总路线接口进行系统扩展,方便用户进行二次开发,加之CPU 使用国产芯片,具有功耗低、价格低廉的特性,该设计方案具有较高的应用和参考价值。
1. 龙芯2F 处理器的功能与特点
本系统采用的龙芯2F(LOONGSON-2F )处理器,是中国科学院计算技术研究所最新发布的一款64 位MIPSⅢ指令集的通用RISC 微处理器。该处理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 控制器,并集成片上二级CACHE、DDR2 内存控制器,非常适合高端嵌入式领域。
2. 系统硬件结构 设计系统的结构框架如图1 所示。
龙芯2F(LOONGSON-2F )处理器为整个系统的控制中心,并承担所有数据的处理任务。系统通过ICS950220 时钟合成器产生主板上各芯片所需的时钟,同时该芯片带有看门狗功能。系统内存是通过处理器内部集成的DDR2 控制器扩展,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,最大可支持1GB 内存,其工作频率为300MHz 。通过处理器提供的LOCAL BUS 扩展512KB Flash ROM 用于系统BIOS 存储。
2.1 系统电源
无论是车载还是便携设备均需需采用直流电源供电,因此,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 直流电源由于通过的电流比较大,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,分别由两个线性电源(LDO)产生,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控制在10W 以内。
2 系统接口
1、系统通过多功能显示控制芯片SM502 驱动各种接口,SM502 可通过PCI BUS 直接与处理器相连,支持2D 显示加速,可提供:AC97 标准音频接口(通过ALC203 芯片控制)、一个UBS1.1 接口、一个标准RS232 串口和一个调试串口(均由SP3232 芯片控制)、VGA 和LCD 显示接口、ZV 视频接口(由SSA7118 芯片控制)。
2、系统通过PCI BUS 采用RTL8139D 作为以太网控制芯片,提供10/100M 以太网接口。3、系统通过PCI BUS 采用uPD720102 作为USB 控制器芯片,提供三个USB2.0 接口。其中一路USB接口通过AU6331 读卡机控制器芯片,提供一个SD/MMC 接口。