基于cpci-e總線的自主可控計算裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于CPCI-E總線的自主可控計算裝置，屬于計算機領域。
【背景技術】
[0002] 隨著計算機在惡劣環境應用日益廣泛深入，用戶對計算機的安全性提出了越來越 高的要求。目前，關鍵領域的計算機大多基于國外CPU芯片實現，在安全可控性方面存有較 大的隱患，發展自主可控國產化計算機已成為計算機發展的必然趨勢。
[0003] 而目前基于自主可控CPU研制的計算機大多采用大主板方式，這種方式在堅固 性、可靠性方面不能長期適應惡劣工作環境的需求。同時，各接口模塊和功能部件的更換和 維修均需要對機箱進行拆卸，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 算所研制的龍芯系列處理器研制的高性能計算機，其體系架構均采用CPU+南北橋套片的 形式，通過北橋有限的PCI-E接口進行擴展，支持的接口數量和接口帶寬有限，不利于系統 擴展。

【發明內容】

[0004] 本發明提供一種基于CPCI-E總線的自主可控計算裝置，解決了基于國產CPU的計 算機模塊化設計問題，以及自主可控模塊化計算機計算單元的散熱問題和智能狀態監控問 題。
[0005] 一種基于CPCI-E總線的自主可控計算裝置，包括載板和COM-E模塊兩個部分； COM-E模塊和載板之間通過COM-E連接器進行互連和電信號傳輸；載板采用3UCPCI-E標準 連接器與背板互聯，互聯總線分別為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，PCI-EX4總線用于與PCI-E交換模塊互聯；其中所述的COM-E 模塊包括CPU芯片、北橋、南橋、BIOS、內存、以太網轉換芯片、電源轉換電路；其中，北橋用 于顯示數據與CPU芯片的交換、各PCI-E擴展接口與CPU芯片的通信；南橋芯片用于連接外 圍低速設備；BIOS用于檢測計算機硬件設備是否存在和正常、初始化硬件設備、設置硬件 設備的硬件狀態、啟動操作系統加載程序；以太網轉換芯片用于將常用的以太網MDI信號 轉換成PCI-EX1總線信號，并與北橋進行數據傳輸；電源轉換電路用于將載板提供的12V 電源轉換成各部件工作所需的電源電壓，為各部件提供穩定的電壓和電流。
[0006] 其中所述的載板可根據需要修改配置，提高實用性；載板主要包括super10芯 片、外圍接口轉換電路、時鐘轉換電路、復位電路，以及卩(：14、0)1^、舊8、以太網、1?232各 接口連接器；其中，super10芯片實現基于龍芯3ACPU和北橋、南橋及整機系統的上電、復 位電路；外圍接口轉換電路實現相應接口的電平轉換；時鐘轉換電路實現時鐘信號的倍頻 和驅動，用于給C0M-E模塊和整個計算機系統提供相應的時鐘信號；復位電路實現復位信 號的驅動和延遲。
[0007] 所述的自主可控計算裝置還包括狀態檢測和管理單元，當CPU過熱時，將檢測到 的溫度上報給BIOS，當溫度高過設定值時，則通過自動關機來保護設備。
[0008] 采用ASPEED公司的AST2400芯片設計BMC管理控制模塊，實現對整機各個計算單 元實時狀態監控和遠程管理功能。
[0009] 所述的載板遵循PICMGCOM.OCOMExpressBaseSpecificationRevision1. 0 標準。
[0010] 本發明的有益效果：
[0011] 1、本發明不同于現有自主可控計算機的結構模式和設計思路，通過PCI-E總線 +3U模塊化結構實現，可應用于CPCI-E體系架構的系統中。
[0012] 2、本發明基于國產主流CPU、操作系統和BIOS的芯片級完全自我研制產品，以其 模塊化、高可靠、便于維修、通用化等特點為機動指揮控制等應用領域提供了良好的解決方 案。由于其完全遵循開放的標準，可應用于同類型的CPCI-E體系架構系統中。
【附圖說明】
[0013] 圖1基于CPCI-E總線的自主可控計算模塊的原理框圖；
[0014] 圖2開機和上電復位電路示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖詳細說明本發明.
[0016] 如圖 1 所示，根據CompactPCIExpressPICMGEXP. 0R1. 0 規范要求，CPCI-E板卡 的機械結構分為3U(lOOmmX160mm)和6U(233. 35mmX160mm)兩種形式，為節省設備的站位 空間，提升設備的性能體積比，自主可控CPU模塊采用3U尺寸設計。然而這將導致自主可 控計算模塊的板卡器件密度高，設計空間緊張的問題，為解決這一問題，自主可控計算模塊 采用夾層卡設計思想，將CPU、南北橋套片、內存、核心電源轉換電路等關鍵電路設計為遵從 PICMGCOM. 0C0MExpressBaseSpecificationRevision1.0 標準的C0M-E模塊。由于外 圍接口的轉換電路需要靠近相應連接器，因此這部分電路和時鐘/復位轉換電路，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芯片是計算機的核心芯片，它的選取直接影響計算機的整機性能和穩定性。近 幾年，主流國產化CPU廠家不斷推出新的產品，經過對產品性能、產品功耗、使用成熟度和 穩定性等指標的綜合分析比較，基于CPCI-E總線的自主可控計算模塊選取龍芯3A4核高 性能處理器進行設計和實現。
[0018] 龍芯3A通過16位HT3. 0總線與北橋進行通信。北橋芯片內部集成了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 進行配置。自主可控CPU模塊的北橋設置為Config.C模式，PCI-EX4鏈路用于與設備的 交換模塊連接，進行系統擴展，而1路PCI-EX1鏈路，則用于連接到以太網控制芯片Intel 82574,信號通過碼型轉換、速率調整等處理后，轉換為千兆以太網信號傳輸。
[0019] 表1北橋PCI-E信道配置模式
[0020]
【主權項】
1. 一種基于CPCI-E總線的自主可控計算裝置，包括載板和COM-E模塊兩個部分；其 特征在于；C0M-E模塊和載板之間通過C0M-E連接器進行互連和電信號傳輸；載板采用抓 CPCI-E標準連接器與背板互聯，互聯總線分別為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，PCI-EX4總線用于與PCI-E交換模塊互聯；其中 所述的C0M-E模塊包括CPU巧片、北橋、南橋、BIOS、內存、W太網轉換巧片、電源轉換電路； 其中，北橋用于顯示數據與CPU巧片的交換、各PCI-E擴展接口與CPU巧片的通信；南橋巧 片用于連接外圍低速設備；BIOS用于檢測計算機硬件設備是否存在和正常、初始化硬件設 備、設置硬件設備的硬件狀態、啟動操作系統加載程序；W太網轉換巧片用于將常用的W太 網MDI信號轉換成PCI-EX 1總線信號，并與北橋進行數據傳輸；電源轉換電路用于將載板 提供的12V電源轉換成各部件工作所需的電源電壓，為各部件提供穩定的電壓和電流。
2. 如權利要求1所述的一種基于CPCI-E總線的自主可控計算裝置，其特征在于：其中 所述的載板可根據需要修改配置，提高實用性；載板主要包括superlO巧片、外圍接口轉換 電路、時鐘轉換電路、復位電路，W及PCI-E、C0M-E、USB、W太網、RS232各接口連接器；其 中，super 10巧片實現基于龍巧3A CPU和北橋、南橋及整機系統的上電、復位電路；外圍 接口轉換電路實現相應接口的電平轉換；時鐘轉換電路實現時鐘信號的倍頻和驅動，用于 給C0M-E模塊和整個計算機系統提供相應的時鐘信號；復位電路實現復位信號的驅動和延 遲。
3. 如權利要求1所述的一種基于CPCI-E總線的自主可控計算裝置，其特征在于：所述 的自主可控計算裝置還包括狀態檢測和管理單元，當CPU過熱時，將檢測到的溫度上報給 BIOS,當溫度高過設定值時，則通過自動關機來保護設備。
4. 如權利要求1所述的一種基于CPCI-E總線的自主可控計算裝置，其特征在于：采用 AS陽邸公司的AST2400巧片設計BMC管理控制模塊，實現對整機各個計算單元的實時狀態 監控和遠程管理功能。
5. 如權利要求1或2所述的一種基于CPCI-E總線的自主可控計算裝置，其特征在于： 所述的載板遵循 PICMG COM. 0 COM Express Base Specification Revision 1.0 標準。
【專利摘要】本發明提供一種基于CPCI-E總線的自主可控計算裝置，解決了基于國產CPU的計算機模塊化設計問題。包括載板和COM-E模塊兩個部分；COM-E模塊和載板之間通過COM-E連接器進行互連和電信號傳輸；所述的COM-E模塊包括CPU芯片、北橋、南橋、BIOS、內存、以太網轉換芯片、電源轉換電路；其中，北橋用于顯示數據與CPU芯片的交換、各PCI-E擴展接口與CPU芯片的通信；南橋芯片用于連接外圍低速設備；BIOS用于檢測計算機硬件設備是否存在和正常、初始化硬件設備、設置硬件設備的硬件狀態、啟動操作系統加載程序；以太網轉換芯片用于將常用的以太網MDI信號轉換成PCI-E×1總線信號，并與北橋進行數據傳輸；電源轉換電路用于將載板提供的12V電源轉換成各部件工作所需的電源電壓，為各部件提供穩定的電壓和電流。
【IPC分類】G06F13-38
【公開號】CN104572535
【申請號】CN201410830837
【發明人】紀靜, 屈濤, 張超, 王巍, 吳金哲, 梁瑛
【申請人】中國電子科技集團公司第十五研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月26日