設(shè)計(jì)自己的X86主板

推出自己的基于x86的定制嵌入式系統(tǒng)（一）2006-11-20嵌入式在線收藏|打印在嵌入式系統(tǒng)中使用x86架構(gòu)既有許多優(yōu)點(diǎn)也有許多缺點(diǎn)，但你可能由于想重復(fù)利用已開發(fā)的應(yīng)用程序代碼或其它操作系統(tǒng)選擇方面的原因需要采用這一架構(gòu)。由于目前市場(chǎng)上有大量的基于x86的應(yīng)用程序和調(diào)試工具，因此在嵌入式系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)的x86芯片組和處理器還是具有一定優(yōu)勢(shì)。不過，設(shè)計(jì)工程師必須注意某些在傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)中通常更容易實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)問題。由于成本、貨源、外形因子或其它限制因素，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都不能使用現(xiàn)成的主板。因此，剩下的唯一解決方案就是設(shè)計(jì)定制主板，它們必須集成各種不同的功能而且非?？煽?。當(dāng)設(shè)計(jì)工程師試圖在一個(gè)定制設(shè)計(jì)中使用x86芯片組和處理器時(shí)，他們可能會(huì)遇到一些問題。不過，他們也可以有一些別的選擇。例如，我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)在一塊采用了Intel的超低壓（ULV）Celeron（賽揚(yáng)）和815的芯片組（圖1）的主板上有兩個(gè)冗余系統(tǒng)。所做的大部分設(shè)計(jì)都適用于其它采用任何x86體系的系統(tǒng)。

［町JLGPpcfHDCFULYCelery460WlHl1.［町JLGPpcfHDCFULYCelery460WlHl1.BasedanIntel'sULVGelerunand815chipset.this-embedd?dsysterncontainstworedundanssysterms-ononeboard.器件選擇的問題隨著PC市場(chǎng)不斷變化，短短幾年后，x86微處理器和芯片組就都會(huì)變得過時(shí)了。幸運(yùn)的是，Intel提供的微處理器和芯片組均滿足嵌入式系統(tǒng)的較長(zhǎng)生命周期需求。在此應(yīng)用中,選擇ULVCeleron和815芯片組，因?yàn)樗麄兪荌ntel嵌入式路標(biāo)中的一部分（詳情請(qǐng)登陸www.i/design/intarch/roadmap.htm）。使用x86體系架構(gòu)的其中一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是安裝在PC機(jī)中的嵌入式系統(tǒng)越多，使用預(yù)存的基于x86的調(diào)試工具也就越多。不過大多數(shù)嵌入式工具不需要VGA顯示器、鍵盤或鼠標(biāo)。因此，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)可以連接VGA顯示器、PS2鍵盤、PS2鼠標(biāo)、USB和串行端口,即使在終端設(shè)備中并不會(huì)用到這些東西。要做到這一點(diǎn)，最好的方法就是在封裝上外部連接器上提供通道，這樣就可以在系統(tǒng)中插進(jìn)“訪問盒”。訪問盒將接合到主板上的外部連接器，同時(shí)將適當(dāng)?shù)男盘?hào)傳遞給揚(yáng)聲器、PS2、VGA、USB和串行端口連接器（見圖2）。

ATIn2,LYtnthoughthey'renotneededinsheendapplkatian.theembeddedsystemATIn2,LYtnthoughthey'renotneededinsheendapplkatian.theembeddedsystem丸備箱忖自燈GA 展丫岡$叫 rriQus^?ndUiBandser^lp^Ks-He?e,an勺匚cessbo*'pluggedintoanesternaIconric?匚toronthe?systemroutesthe-appropriateJlgn悌目$呼卸他PS2.VGA,USB,andrial-n^ewr&.Ei詼討Ribboncitte機(jī)曙弱boxJbuessat)這種方法讓用戶可以輕松地在調(diào)試、開發(fā)、制造測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)時(shí)進(jìn)入主板。如果你的主板有SuperlO裝置，它也可允許進(jìn)入PS2端口。即使你的芯片組有一個(gè)USB接口，也不要太過于依賴這個(gè)專門為鍵盤和鼠標(biāo)連接所設(shè)的接口。如果在BIOS或其它軟件開發(fā)過程中出現(xiàn)問題，有時(shí)從最低起點(diǎn)開始運(yùn)用已開發(fā)的PS2接口是進(jìn)入系統(tǒng)的唯一方法。此外，即使終端設(shè)備中不會(huì)用到揚(yáng)聲器，在主板上提供通道或是通過訪問盒來(lái)實(shí)現(xiàn)也是不錯(cuò)的想法。如果系統(tǒng)無(wú)法導(dǎo)入，BIOS錯(cuò)誤代碼"beepcodes"將診斷出故障。另一種有用的方法是重啟按鈕，用于系統(tǒng)硬啟動(dòng)，它在調(diào)試封裝里的主板時(shí)會(huì)非常有用。在眾多PC診斷軟件中，我們成功地采用了CheckltDiagnostics()。我們運(yùn)用了PC壓力測(cè)試功能來(lái)測(cè)試我們的內(nèi)存、硬盤和以太網(wǎng)接口。Intel技術(shù)支持提供了一個(gè)DOS批文件(DUMP.BAT),它能夠生成一個(gè)文件，顯示微處理器、芯片組和所有PCI裝置的內(nèi)部注冊(cè)設(shè)置。這在調(diào)試的時(shí)候是非常有用的，而且它可以保證BIOS按要求進(jìn)行相關(guān)設(shè)置?？撮T狗電路的問題

設(shè)計(jì)工程師通常會(huì)采用嵌入式系統(tǒng)中的看門狗電路。通常情況下，嵌入式固件會(huì)切換微處理器的GPIO信號(hào)以刷新看門狗電路。如果此切換不是發(fā)生在看門狗斷開期間內(nèi)，主板就重啟了。大多數(shù)包含看門狗定時(shí)器的重啟IC都是可以完成的。在基于x86的系統(tǒng)中，較高級(jí)別的軟件可以出于這個(gè)目的而切換GPIO。但如果用戶在BIOS啟動(dòng)屏幕中停留太久，或者在編寫新的BIOS，那么看門狗定時(shí)器就會(huì)終止。一個(gè)好的解決方法是將時(shí)鐘信號(hào)或電源上升時(shí)的其它切換信號(hào)傳遞給外部連接器并通過通道盒。運(yùn)用這種信號(hào)ORed和監(jiān)視點(diǎn)信號(hào)來(lái)刷新看門狗電路。通常只有開發(fā)和服務(wù)人員才可以進(jìn)入BIOS設(shè)置屏幕或編寫新的BIOS版本。這時(shí)，訪問盒將與外部連接器連接，而看門狗定時(shí)器則不會(huì)終止。確定要設(shè)定足夠長(zhǎng)的看門狗定時(shí)器斷開時(shí)間，這樣系統(tǒng)有就足夠的時(shí)間導(dǎo)入，而且更高級(jí)別的應(yīng)用軟件也就可以在終止前啟動(dòng)。內(nèi)存的問題特別地，基于x86的系統(tǒng)是采用DIMM內(nèi)存作為主系統(tǒng)內(nèi)存，并運(yùn)轉(zhuǎn)介質(zhì)硬盤。嵌入式系統(tǒng)通常要求有一定的可靠性，DIMM和標(biāo)準(zhǔn)的硬盤也許經(jīng)不起激烈的震動(dòng)、搖擺和其它環(huán)境要求。DIMM同時(shí)還包含了SPDEEPROM,其中包括了內(nèi)存大小、定時(shí)和北橋的緩沖器強(qiáng)度信息。因此這里存在兩個(gè)問題。其一，如果對(duì)震動(dòng)和搖擺有嚴(yán)格要求的話，不大可能采用DIMM內(nèi)存，而且系統(tǒng)內(nèi)存必須直接置于PC主板中，以增強(qiáng)系統(tǒng)的堅(jiān)固性。用這種方法，設(shè)計(jì)工程師就不能運(yùn)用Intel推薦的適用于DIMM內(nèi)存的布局和走線準(zhǔn)則。我們?cè)谶@個(gè)100MHz的重負(fù)載地址和數(shù)據(jù)總線上做了信號(hào)完整性分析，以決定最佳走線拓?fù)洹＃▓D3）腳n除MGsoillakM葫otter取岡已3.Thesignaltokirkthewatchdogcincurtis^encratedbytheoriginalkick withhv?signalfromwatchd03circuitwillnetresettheboardwhentticaccessIwxkconneclpd.其二，你可以為自己的系統(tǒng)自定義BIOS以硬啟動(dòng)SPD數(shù)據(jù)。不過這需要一個(gè)定制的B

IOS,而且如果你的主板支持多重內(nèi)存架構(gòu)，它會(huì)變得不靈活。最好是只在PC主板添加小的串行SPDEFPROM于PC主板中。這樣，你就在內(nèi)存構(gòu)建或速度改變時(shí)可以改變SPD數(shù)據(jù)，避免高成本且繁瑣的BIOS升級(jí)。Intel技術(shù)支持提供了一個(gè)程序(SPD_CHK)，它能以更具用戶友好和可讀性的格式來(lái)顯示SPD數(shù)據(jù)。對(duì)于苛刻的外界環(huán)境，最好還是對(duì)運(yùn)用閃存技術(shù)的硬盤做些研究。不過它們?cè)谛阅苌鲜艿较拗?，而且也非常昂貴。別去想當(dāng)然需要閃存和一些擁有更好的震動(dòng)和搖擺性能的介質(zhì)旋轉(zhuǎn)硬盤，我們目前使用的硬盤已經(jīng)滿足了我們的要求。在我們的應(yīng)用中，還需要有兩張CF卡，這兩張卡是連接到南橋上的兩個(gè)ATA/66接口的。CF卡可以用接地管腳9(ATA_SEL)通過實(shí)IDE模式來(lái)構(gòu)造。有了這個(gè)實(shí)IDE模式，CF卡可很容易地連接到ATA/66接口上。對(duì)于一些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，CF卡完全可以替代硬盤。BIOS是存儲(chǔ)在名為固件中心的閃存中。這個(gè)器件同樣包含了四個(gè)GPIO和一個(gè)多用途的輸入端口。這些GPIO管腳可以用來(lái)在BIOS之間來(lái)回傳送或接收信息。如果要用到這些，先和你的BIOS供應(yīng)商討論一下相關(guān)細(xì)節(jié)。在這里，當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行快速或緩慢導(dǎo)入時(shí)，輸入端口是由更全面的電源上升測(cè)試所控制的。同樣地，BIOS可以控制這些GPIO管腳以啟動(dòng)某個(gè)硬盤，或者BIOS可以讀取它們來(lái)執(zhí)行或繞過某些BIOS功能。電池的問題當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，所有基于X86的系統(tǒng)都是用電池來(lái)維持實(shí)時(shí)時(shí)鐘和BIOS設(shè)置的。不過，有些嵌入式系統(tǒng)并不允許裝入電池。當(dāng)電源拔除時(shí)，如果系統(tǒng)時(shí)鐘和BIOS設(shè)置變更不需要保存，電池也就并非絕對(duì)需要。即使你沒有使用時(shí)鐘功能，RTC信號(hào)也是不可能只是升高和降低。32.768kHz的時(shí)鐘信號(hào)必須顯示出來(lái)，否則南橋永遠(yuǎn)也無(wú)法確定其PCI是否重起輸出，而且整個(gè)系統(tǒng)也會(huì)在重起中死機(jī)。同時(shí)，在開、關(guān)循環(huán)中丟失BIOS更改信息通常不是什么故障。BIOS商家一般會(huì)提供一個(gè)實(shí)用程序，讓設(shè)計(jì)工程師可以改變BIOS的默認(rèn)設(shè)置。如果那些BIOS設(shè)置需要總是改變，你可以用這個(gè)實(shí)用程序創(chuàng)建含有新默認(rèn)值的新BIOS，而且不需麻煩BIOS商家就可以重新編寫B(tài)IOS。其它注意事項(xiàng)

如果你的系統(tǒng)要求對(duì)傳統(tǒng)x86體系進(jìn)行根本性改變，之前你就得與BIOS提供商討論這些變更。我們的BIOS商家給了我們一個(gè)詳細(xì)的清單，上面列出了系統(tǒng)芯片組、外設(shè)和端口的詳細(xì)信息。同時(shí)還有一個(gè)描述“非標(biāo)準(zhǔn)的”功能的章節(jié)，有時(shí)候可能會(huì)不是很明了。因此，當(dāng)決定要對(duì)某些架構(gòu)進(jìn)行變更時(shí)，最好一開始就找BIOS提供商。不要認(rèn)為所有的東西都是標(biāo)準(zhǔn)的。相反的，研究一下自己系統(tǒng)的需求。這樣，商家可以幫助鑒定BIOS中不尋常的東西。如果系統(tǒng)有很多額外的要求，按照系統(tǒng)開發(fā)商所控制的獨(dú)立BIOS規(guī)范將它們記錄下來(lái)。這樣，每個(gè)人都可以了解到BIOS的要求，而且也可以很清楚地確定升級(jí)Intel還在其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中提供了一些源于815芯片組的不同參考設(shè)計(jì)指南。雖然在設(shè)計(jì)當(dāng)中會(huì)很想依賴它們，但最好只將它們用于輔助了解高級(jí)體系和主要接口。這些參考設(shè)計(jì)并不能考慮自己系統(tǒng)的特定環(huán)境或電磁兼容性要求。此外，去耦電容器、電源拓?fù)浼斑^濾并不涉及系統(tǒng)的任何特定方面。系統(tǒng)有一個(gè)EPGA和ATI視頻控制器，它們有自己的上電序列要求。更甚者，Intel設(shè)計(jì)指南中也建議了線寬和控制阻抗要求，這對(duì)于你的主板來(lái)說(shuō)都是獨(dú)一無(wú)二