基于cpci-e總線的自主可控計(jì)算裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于CPCI-E總線的自主可控計(jì)算裝置，屬于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)在惡劣環(huán)境應(yīng)用日益廣泛深入，用戶對(duì)計(jì)算機(jī)的安全性提出了越來(lái)越 高的要求。目前，關(guān)鍵領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)大多基于國(guó)外CPU芯片實(shí)現(xiàn)，在安全可控性方面存有較 大的隱患，發(fā)展自主可控國(guó)產(chǎn)化計(jì)算機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
[0003] 而目前基于自主可控CPU研制的計(jì)算機(jī)大多采用大主板方式，這種方式在堅(jiān)固 性、可靠性方面不能長(zhǎng)期適應(yīng)惡劣工作環(huán)境的需求。同時(shí)，各接口模塊和功能部件的更換和 維修均需要對(duì)機(jī)箱進(jìn)行拆卸，在維修性和使用靈活性方面非常不方便。此外，基于中科院計(jì) 算所研制的龍芯系列處理器研制的高性能計(jì)算機(jī)，其體系架構(gòu)均采用CPU+南北橋套片的 形式，通過(guò)北橋有限的PCI-E接口進(jìn)行擴(kuò)展，支持的接口數(shù)量和接口帶寬有限，不利于系統(tǒng) 擴(kuò)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種基于CPCI-E總線的自主可控計(jì)算裝置，解決了基于國(guó)產(chǎn)CPU的計(jì) 算機(jī)模塊化設(shè)計(jì)問題，以及自主可控模塊化計(jì)算機(jī)計(jì)算單元的散熱問題和智能狀態(tài)監(jiān)控問 題。
[0005] 一種基于CPCI-E總線的自主可控計(jì)算裝置，包括載板和COM-E模塊兩個(gè)部分； COM-E模塊和載板之間通過(guò)COM-E連接器進(jìn)行互連和電信號(hào)傳輸；載板采用3UCPCI-E標(biāo)準(zhǔn) 連接器與背板互聯(lián)，互聯(lián)總線分別為PCI-EX16總線和PCI-EX4總線；其中PCI-EX16總 線用于與圖形顯示模塊互聯(lián)，PCI-EX4總線用于與PCI-E交換模塊互聯(lián)；其中所述的COM-E 模塊包括CPU芯片、北橋、南橋、BIOS、內(nèi)存、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片、電源轉(zhuǎn)換電路；其中，北橋用 于顯示數(shù)據(jù)與CPU芯片的交換、各PCI-E擴(kuò)展接口與CPU芯片的通信；南橋芯片用于連接外 圍低速設(shè)備；BIOS用于檢測(cè)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備是否存在和正常、初始化硬件設(shè)備、設(shè)置硬件 設(shè)備的硬件狀態(tài)、啟動(dòng)操作系統(tǒng)加載程序；以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片用于將常用的以太網(wǎng)MDI信號(hào) 轉(zhuǎn)換成PCI-EX1總線信號(hào)，并與北橋進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；電源轉(zhuǎn)換電路用于將載板提供的12V 電源轉(zhuǎn)換成各部件工作所需的電源電壓，為各部件提供穩(wěn)定的電壓和電流。
[0006] 其中所述的載板可根據(jù)需要修改配置，提高實(shí)用性；載板主要包括super10芯 片、外圍接口轉(zhuǎn)換電路、時(shí)鐘轉(zhuǎn)換電路、復(fù)位電路，以及卩(：14、0)1^、舊8、以太網(wǎng)、1?232各 接口連接器；其中，super10芯片實(shí)現(xiàn)基于龍芯3ACPU和北橋、南橋及整機(jī)系統(tǒng)的上電、復(fù) 位電路；外圍接口轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)相應(yīng)接口的電平轉(zhuǎn)換；時(shí)鐘轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的倍頻 和驅(qū)動(dòng)，用于給C0M-E模塊和整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)復(fù)位信 號(hào)的驅(qū)動(dòng)和延遲。
[0007] 所述的自主可控計(jì)算裝置還包括狀態(tài)檢測(cè)和管理單元，當(dāng)CPU過(guò)熱時(shí)，將檢測(cè)到 的溫度上報(bào)給BIOS，當(dāng)溫度高過(guò)設(shè)定值時(shí)，則通過(guò)自動(dòng)關(guān)機(jī)來(lái)保護(hù)設(shè)備。
[0008] 采用ASPEED公司的AST2400芯片設(shè)計(jì)BMC管理控制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)整機(jī)各個(gè)計(jì)算單 元實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理功能。
[0009] 所述的載板遵循PICMGCOM.OCOMExpressBaseSpecificationRevision1. 0 標(biāo)準(zhǔn)。
[0010] 本發(fā)明的有益效果：
[0011] 1、本發(fā)明不同于現(xiàn)有自主可控計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)模式和設(shè)計(jì)思路，通過(guò)PCI-E總線 +3U模塊化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，可應(yīng)用于CPCI-E體系架構(gòu)的系統(tǒng)中。
[0012] 2、本發(fā)明基于國(guó)產(chǎn)主流CPU、操作系統(tǒng)和BIOS的芯片級(jí)完全自我研制產(chǎn)品，以其 模塊化、高可靠、便于維修、通用化等特點(diǎn)為機(jī)動(dòng)指揮控制等應(yīng)用領(lǐng)域提供了良好的解決方 案。由于其完全遵循開放的標(biāo)準(zhǔn)，可應(yīng)用于同類型的CPCI-E體系架構(gòu)系統(tǒng)中。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1基于CPCI-E總線的自主可控計(jì)算模塊的原理框圖；
[0014] 圖2開機(jī)和上電復(fù)位電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明.
[0016] 如圖 1 所示，根據(jù)CompactPCIExpressPICMGEXP. 0R1. 0 規(guī)范要求，CPCI-E板卡 的機(jī)械結(jié)構(gòu)分為3U(lOOmmX160mm)和6U(233. 35mmX160mm)兩種形式，為節(jié)省設(shè)備的站位 空間，提升設(shè)備的性能體積比，自主可控CPU模塊采用3U尺寸設(shè)計(jì)。然而這將導(dǎo)致自主可 控計(jì)算模塊的板卡器件密度高，設(shè)計(jì)空間緊張的問題，為解決這一問題，自主可控計(jì)算模塊 采用夾層卡設(shè)計(jì)思想，將CPU、南北橋套片、內(nèi)存、核心電源轉(zhuǎn)換電路等關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)為遵從 PICMGCOM. 0C0MExpressBaseSpecificationRevision1.0 標(biāo)準(zhǔn)的C0M-E模塊。由于外 圍接口的轉(zhuǎn)換電路需要靠近相應(yīng)連接器，因此這部分電路和時(shí)鐘/復(fù)位轉(zhuǎn)換電路，以及其 他外圍電路共同組成自主可控CPU模塊的載板。C0M-E模塊與載板的互連遵從C0M-Etype2 型定義。
[0017] CPU芯片是計(jì)算機(jī)的核心芯片，它的選取直接影響計(jì)算機(jī)的整機(jī)性能和穩(wěn)定性。近 幾年，主流國(guó)產(chǎn)化CPU廠家不斷推出新的產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)對(duì)產(chǎn)品性能、產(chǎn)品功耗、使用成熟度和 穩(wěn)定性等指標(biāo)的綜合分析比較，基于CPCI-E總線的自主可控計(jì)算模塊選取龍芯3A4核高 性能處理器進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。
[0018] 龍芯3A通過(guò)16位HT3. 0總線與北橋進(jìn)行通信。北橋芯片內(nèi)部集成了ATIM72圖 形加速引擎，支持VGA、DVI或HDMI輸出。北橋芯片還支持一個(gè)PCI-EX16的圖形接口和6 路PCI-EX1接口。其中，6路PCI-EX1接口共有6種PCI-E信道配置模式，可按表1所示 進(jìn)行配置。自主可控CPU模塊的北橋設(shè)置為Config.C模式，PCI-EX4鏈路用于與設(shè)備的 交換模塊連接，進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展，而1路PCI-EX1鏈路，則用于連接到以太網(wǎng)控制芯片Intel 82574,信號(hào)通過(guò)碼型轉(zhuǎn)換、速率調(diào)整等處理后，轉(zhuǎn)換為千兆以太網(wǎng)信號(hào)傳輸。
[0019] 表1北橋PCI-E信道配置模式
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于CPCI-E總線的自主可控計(jì)算裝置，包括載板和COM-E模塊兩個(gè)部分；其 特征在于；C0M-E模塊和載板之間通過(guò)C0M-E連接器進(jìn)行互連和電信號(hào)傳輸；載板采用抓 CPCI-E標(biāo)準(zhǔn)連接器與背板互聯(lián)，互聯(lián)總線分別為PCI-EX 16總線和PCI-EX4總線；其中 PCI-EX16總線用于與圖形顯示模塊互聯(lián)，PCI-EX4總線用于與PCI-E交換模塊互聯(lián)；其中 所述的C0M-E模塊包括CPU巧片、北橋、南橋、BIOS、內(nèi)存、W太網(wǎng)轉(zhuǎn)換巧片、電源轉(zhuǎn)換電路； 其中，北橋用于顯示數(shù)據(jù)與CPU巧片的交換、各PCI-E擴(kuò)展接口與CPU巧片的通信；南橋巧 片用于連接外圍低速設(shè)備；BIOS用于檢測(cè)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備是否存在和正常、初始化硬件設(shè) 備、設(shè)置硬件設(shè)備的硬件狀態(tài)、啟動(dòng)操作系統(tǒng)加載程序；W太網(wǎng)轉(zhuǎn)換巧片用于將常用的W太 網(wǎng)MDI信號(hào)轉(zhuǎn)換成PCI-EX 1總線信號(hào)，并與北橋進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；電源轉(zhuǎn)換電路用于將載板 提供的12V電源轉(zhuǎn)換成各部件工作所需的電源電壓，為各部件提供穩(wěn)定的電壓和電流。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于CPCI-E總線的自主可控計(jì)算裝置，其特征在于：其中 所述的載板可根據(jù)需要修改配置，提高實(shí)用性；載板主要包括superlO巧片、外圍接口轉(zhuǎn)換 電路、時(shí)鐘轉(zhuǎn)換電路、復(fù)位電路，W及PCI-E、C0M-E、USB、W太網(wǎng)、RS232各接口連接器；其 中，super 10巧片實(shí)現(xiàn)基于龍巧3A CPU和北橋、南橋及整機(jī)系統(tǒng)的上電、復(fù)位電路；外圍 接口轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)相應(yīng)接口的電平轉(zhuǎn)換；時(shí)鐘轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的倍頻和驅(qū)動(dòng)，用于 給C0M-E模塊和整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)復(fù)位信號(hào)的驅(qū)動(dòng)和延 遲。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于CPCI-E總線的自主可控計(jì)算裝置，其特征在于：所述 的自主可控計(jì)算裝置還包括狀態(tài)檢測(cè)和管理單元，當(dāng)CPU過(guò)熱時(shí)，將檢測(cè)到的溫度上報(bào)給 BIOS,當(dāng)溫度高過(guò)設(shè)定值時(shí)，則通過(guò)自動(dòng)關(guān)機(jī)來(lái)保護(hù)設(shè)備。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于CPCI-E總線的自主可控計(jì)算裝置，其特征在于：采用 AS陽(yáng)邸公司的AST2400巧片設(shè)計(jì)BMC管理控制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)整機(jī)各個(gè)計(jì)算單元的實(shí)時(shí)狀態(tài) 監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理功能。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的一種基于CPCI-E總線的自主可控計(jì)算裝置，其特征在于： 所述的載板遵循 PICMG COM. 0 COM Express Base Specification Revision 1.0 標(biāo)準(zhǔn)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于CPCI-E總線的自主可控計(jì)算裝置，解決了基于國(guó)產(chǎn)CPU的計(jì)算機(jī)模塊化設(shè)計(jì)問題。包括載板和COM-E模塊兩個(gè)部分；COM-E模塊和載板之間通過(guò)COM-E連接器進(jìn)行互連和電信號(hào)傳輸；所述的COM-E模塊包括CPU芯片、北橋、南橋、BIOS、內(nèi)存、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片、電源轉(zhuǎn)換電路；其中，北橋用于顯示數(shù)據(jù)與CPU芯片的交換、各PCI-E擴(kuò)展接口與CPU芯片的通信；南橋芯片用于連接外圍低速設(shè)備；BIOS用于檢測(cè)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備是否存在和正常、初始化硬件設(shè)備、設(shè)置硬件設(shè)備的硬件狀態(tài)、啟動(dòng)操作系統(tǒng)加載程序；以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片用于將常用的以太網(wǎng)MDI信號(hào)轉(zhuǎn)換成PCI-E×1總線信號(hào)，并與北橋進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；電源轉(zhuǎn)換電路用于將載板提供的12V電源轉(zhuǎn)換成各部件工作所需的電源電壓，為各部件提供穩(wěn)定的電壓和電流。
【IPC分類】G06F13-38
【公開號(hào)】CN104572535
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410830837
【發(fā)明人】紀(jì)靜, 屈濤, 張超, 王巍, 吳金哲, 梁瑛
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十五研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日