本发明属于信息安全
技术领域：
，是中小型控制和通信系统集成的核心控制单元，特别是电力、国防和通信领域。
背景技术：
：嵌入式系统是当前最热门最有发展前途的it应用领域之一。目前，龙芯2k1000嵌入式系统具有国产化程度高、自主可控性强、可靠性高、组网方便等特点，适合于国防控制系统、电力控制系统、信息安全通信系统等，有着广泛的应用。目前国内外已有的x86系列的com-e功能主板，但在一些特殊应用环境下，通常国外产品垄断，核心代码不公开，售后服务不及时，bug多却不提供相关解决措施等等，在涉及国家核心安全领域，不能满足实际的使用的要求。技术实现要素：本发明的目的在于寻求一种小型化、低功耗、适用于宽温环境的完全自主可控的国产com-e功能主板，完全可以替代国外同类产品。实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板，包含龙芯2k1000处理器与ddr3内存颗粒、m2接口存储芯片、phy芯片、dvo转vga芯片、dvo转lvds芯片，为com-e功能主板提供灵活可配、资源丰富的接口。所述2k1000处理器与ddr3内存颗粒、m2接口存储芯片、phy芯片、can收发器、串口接口芯片均位于com-e功能主板上。所述的cpu采用选用龙芯2k1000。龙芯2k1000处理器主要面向于网络应用，兼顾平板应用及工控领域应用。采用40nm工艺，片内集成2个gs264处理器核，主频1ghz，64位ddr3控制器，以及各种系统io接口。所述的内存模块采用板载内存颗粒的方式进行扩展。通过处理器集成的控制器连接到各个颗粒，每个控制器连接4片500mb的ddr316位的ddr3内存颗粒，共计4片，总容量2gb。所述的视频输出dvo转vga芯片是analogdevice的adv7125kstz140；所述的视频输出dvo转lvds换芯片是ti的sn65lvds93a。所述的phy网络芯片是microchip/micrel的ksz9031rnx，2k1000处理器通过此芯片输出1路10/100/1000mbps网络接口。所述的上电时序控制芯片是一颗单片机atmega128a-mu，用于上电时序控制，reset控制。所述的故障诊断方式是板载了debug指示灯，cpu通过i2c/uart下发当前状态的指示代码，由fpga解码后点亮相应的led指示灯。向外提供pci-e总线、usb接口、sata接口、串口、千兆以太网接口、音频接口、显示接口等，具体功能框图如1所示。该模块主要是完成数据的收发和运算，调试接口方便用户进行程序开发调试以及产品的维护，网络可用于程序加载和数据通信。该模块采用插入式接触，使用螺钉加固安装，具有高抗震动、抗冲击。本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板实现，具有自主可控、安全可靠、集成度高等特点；2)本发明的模块采用龙芯2k1000处理器，提供了丰富的配置灵活的接口；3)本发明的模块通过集成化设计，便于可靠性设计，使得模块能够适应多种行业的恶劣环境。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。附图说明图1为基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板原理框图。图2为基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板结构尺寸图。图3为adv7125kstz140内部框图。图4为sn65lvds93a原理框图。图5为ksz9031rnx芯片原理结构框图。图6为基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板工作电压转换电路图。具体实施方式实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板，基于龙芯2k1000处理器，通过板上集成网络控制器、板载内存、dvo转vga芯片、dvo转lvds芯片，向外提供pci-e总线、usb接口、sata接口、串口、千兆以太网接口、音频接口、显示接口等，具体功能框图如1所示。该模块主要是完成数据的收发和运算，调试接口方便用户进行程序开发调试以及产品的维护，网络可用于程序加载和数据通信。该模块采用插入式接触，使用螺钉加固安装，具有高抗震动、抗冲击。结构采用compactcomexpress结构类型，板外形为正方形，外形尺寸大小为95mm*95mm。4个孔位，孔位数据以及type6插槽位置如图2所示。主板的处理器选用龙芯2k1000。龙芯2k1000处理器主要面向于网络应用，兼顾平板应用及工控领域应用。采用40nm工艺，片内集成2个gs264处理器核，主频1ghz，64位ddr3控制器，以及各种系统io接口。龙芯2k1000处理器内部集成有1个64位/ddr2/ddr3内存控制器。考虑到主板遵循come规范，板卡尺寸较小，因此主板的内存模块采用板载内存颗粒的方式进行扩展。通过处理器集成的控制器连接到各个颗粒，每个控制器连接4片4gb的ddr316位的ddr3内存颗粒，共计4片，总容量2gb，后续如果有需要，可以将内存颗粒更换为8gb，这样总容量可以扩大至4gb。由于龙芯2k1000没有集成vga接口，需要通过dvo来转接。我们这里选用的是analogdevice的adv7125kstz140(工业级140msps，商业级最大可到330msps)。adv7125是一款单芯片、三通道、高速数模转换器，内置三个高速、8位、带互补输出的视频dac、一个标准ttl输入接口以及一个高阻抗、模拟输出电流源。它具有三个独立的8位宽输入端口。只需一个 5v/ 3.3v单电源和时钟便能工作。adv7125还具有其他视频控制信号：复合sync和blank；以及省电模式。这款产品还有国产pin脚兼容的芯片，方便后续进行国产化转化。adv7125采用5vcmos工艺制造，单芯片cmos架构可确保以较低功耗提供更多功能。adv7125kstz140内部框图如图3，相对而言，这颗单芯片的dvo转vga方案应用比较简单。按照参考设计就可以。需要注意的是，这款芯片没有集成对显示器的ddc(i2c)读取，原理图需要将vga接口的ddc信号直接连接到2k1000的i2c引脚。因2k1000没有专用的vgaddc控制器，而且仅有2个专用的smbus(i2c)控制器，因此我们这里直接连接到了2k1000的gpio0和gpio1，用gpio模拟i2c。由固件和内核读取外接显示器的ddc信息，然后通过dvo接口改变分辨率。龙芯2k1000也没有集成lvds驱动器，同样需要通过另外一路dvo来转换。我们选用的是ti的sn65lvds93a。sn65lvds93a发送器在单个集成电路上包含了四个7位并联负载串行输出移位寄存器、一个7x时钟合成器以及五个低压差分信号(lvds)线路驱动器。凭借这些功能，该器件可通过5条平衡双股线同步发送28位单端低电压晶体管-晶体管逻辑(lvttl)数据，这些数据将由具有集成lvds接收器的lcd面板等兼容接收器来接收。发送数据时，数据位d0至d27会在输入时钟信号(clkin)边沿逐个载入寄存器。可通过时钟选择(clksel)引脚来选择时钟的上升沿或下降沿。clkin的频率会进行7倍倍频，然后用于以串行方式分7位时间片上传数据寄存器。接着会将4个串行数据流和锁相时钟(clkout)输出至lvds输出驱动器。clkout的频率与输入时钟(clkin)相同。sn65lvds93a无需外部元件或者很少，而且也无需控制。发送器输入端的数据总线与接收器输出端的相同，数据传输对于用户而言是透明的。用户唯一能够干预的是选择时钟上升沿(向clksel输入高电平)或下降沿(向clksel输入低电平)，以及能够使用关断/清零(shtdn)引脚。shtdn是一个低电平有效输入，可禁用时钟并关断lvds输出驱动器，从而降低功耗。该信号为低电平时，可将所有内部寄存器置为低电平。sn65lvds93a内部原理框图如下4所示，同样这款芯片没有集成ddc转换，需要2k1000通过gpio模拟i2c来调整lcd屏幕的分辨率。当屏幕固定时，可以在固件或者内核里面将分辨率固化。此主板上仅需要一个千兆网络，因此只使用了gmac0，选用的rgmiiphy型号是microchip/micrel的ksz9031rnx。这是一款工业级的单芯片phy。支持10m/100m/1000m的自动协商；可配置的led引脚用于只是link/active和不同的速率。ksz9031rnx芯片原理结构框图如图5所示，主板上只留有phy芯片，网络变压器及接口部分由底板提供。由于龙芯2k1000对上电时序有严格要求，如果由硬件外搭电路来实现比较麻烦，而且占主板空间比较大，并且不大好调整。因此引入了一颗单片机atmega128a-mu，用于上电时序控制，reset控制；同时可以挂载在cpu的i2c上当从设备，cpu可以通过i2c访问ec，这样可以将mac地址等信息烧录在ec芯片里面，而不需要其他额外的eeprom；同时可以将部分简单加密的信息存放于ec。此主板工作电源如下表1所示,主板总共功耗约9w，考虑到电源转换效率，极端情况整板功耗最大可达15w。表1基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板工作电源信号电压(v)最大电流(a)备注vdd_rsm1.150.293v33.30.5包括phy等其他外设的功耗pest_1v11.10.4ddr_vdde1.52.2包括内存颗粒的功耗cpu_vdd1.152.5此功能主板上工作电压通过com-e连接器引入5v工作电压，再通过电源转换芯片实现电压的转换，具体转换电路图如图6所示。本发明的基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板采用龙芯2k1000主处理芯片为主处理芯片，具有国产化程度高、自主可控性强、可靠性高、组网方便等特点。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板其特征在于，包括龙芯2k1000处理器以及与其互连的内存模块、输出dvo信号同时连接dvo转vga模块输出vga信号、输出dvo信号同时连接dvo转lvds模块输出lvds信号、通过gmac控制器连接千兆网络芯片输出1路10m/100m/1000m自适应以太网、时序控制单片机、通过电源转换芯片供电、通过板载debug灯的指示代码显示。
2.根据权利要求1所述的基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板其特征在于，所述功能主板采用龙芯2k1000嵌入式处理器，双核、主频1ghz，内置1m二级缓存，片内集成gpu。
3.根据权利要求1所述的基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板其特征在于选用analogdevice的adv7125kstz140(工业级140msps，商业级最大可到330msps)将dvo信号转换成vga信号。
4.根据权利要求1所述的基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板其特征在于选用sn65lvds93a芯片将dvo信号转换成lvds信号。
5.根据权利要求1所述的基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板其特征在于用gmac控制器通过所述网络芯片microchip/micrel的ksz9031rnx输出1路10/100/1000mbps网络接口。
6.根据权利要求1所述的基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板其特征在于通过单片机atmega128a-mu来做龙芯2k1000的上电时序控制，reset控制。
7.根据权利要求1所述的基于龙芯2k1000主处理芯片的com-e功能主板其特征在于为方便现场维修，板载了debug指示灯。cpu通过i2c/uart下发当前状态的指示代码，由fpga解码后点亮相应的led指示灯。
技术总结本发明公开了一种基于龙芯2K1000主处理芯片的COM‑E功能主板设计方法。包括整个设计方法的硬件和软件的架构和实现，阐述了一种高度国产化、完全自主研发的COM‑E功能主板的设计方法。该COM‑E功能主板产品可应用在多种集成应用场合，具有低功耗、通用、高效性。
技术研发人员：任礼虎;孙振川;张天翼;李宗玲
受保护的技术使用者：江苏龙威中科技术有限公司
技术研发日：2020.01.20
技术公布日：2020.06.09
