專利名稱：工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)控制領域，特別是一種工業(yè)控制計算機系統(tǒng)。
背景技術：
目前的工業(yè)控制計算機一般采用INTEL公司的X86架構的通用 處理器，通過北橋、南橋芯片以及一些外圍器件來擴展成為一臺通用 PC系統(tǒng)，由于現(xiàn)有的支持X86的CPU功耗較高，價格昂貴，且底 層技術細節(jié)被少數(shù)公司壟斷，使底層開發(fā)具有相當難度，在工業(yè)設計 中的靈活性較差。

發(fā)明內容
本發(fā)明克服了上述缺點，提供了一種通用性強、高性能、低成本 的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是 一種工業(yè)控制計算 機系統(tǒng)，包括帶有PCI總線接口的中央處理器、通過PCI總線與所述 中央處理器相連的可編程控制單元，所述可編程控制單元具有一個以 上的基地址寄存器，所述各個基地址寄存器分別存儲向目標設備功能 模塊動態(tài)分配的地址。
所述目標設備功能模塊可包括LCD控制模塊。
所述LCD控制模塊可包括PCI接口模塊和LCD時序發(fā)生器模 塊，以及連接在PCI接口模塊和LCD時序發(fā)生器模塊之間的寄存器 組模塊、顏色查找表模塊、顯存控制模塊，所述可編程控制單元中的顯存控制模塊外接有DDR SDRAM作為顯存。
所述顯存控制模塊可包括依次連接的寫緩沖器、DDR訪問優(yōu)化 器、和讀緩沖器，所述DDR訪問優(yōu)化器通過DDR控制器連接所述 DDR SDRAM 。
所述目標設備功能模塊還可包括通用異步串行口模塊、PS/2接口 模塊、脈寬調制控制模塊和雙向并行傳輸接口模塊。
所述LCD控制模塊、通用異步串行口模塊、PS/2接口模塊、脈 寬調制控制模塊和雙向并行傳輸接口模塊集成在同一芯片上，采用現(xiàn) 場可編程門陣列器件實現(xiàn)。
所述PCI總線上還可擴展有作為PCI目標設備的PCI轉ISA設 備、PCI插槽和PCI轉IDE設備。
所述中央處理器還可通過EMC總線擴展連接有啟動代碼存儲 器、系統(tǒng)內存和用于存儲操作系統(tǒng)、應用程序及數(shù)據(jù)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲 器。
所述啟動代碼存儲器可采用或非門閃存，所述系統(tǒng)存儲器可采用 與非門閃存，所述系統(tǒng)內存可采用單數(shù)據(jù)率同步動態(tài)隨即存儲器。 所述中央處理器可采用型號為CQ8401的系統(tǒng)芯片。 本發(fā)明由具有PCI總線接口的中央處理器，通過與PCI總線連接 的可編程控制單元擴展出多個目標設備功能模塊，為系統(tǒng)提供豐富的 接口功能和外設控制功能。相較于X86體系的計算機，本發(fā)明的外 圍電路更加簡單，成本更低。此外，通過中央處理器上自帶的PCI 總線擴展出多個PCI目標設備，足以滿足大多數(shù)應用場合的需求，并 且通過現(xiàn)場可編程門陣列器件作為一個PCI多功能目標設備，并巧妙 的利用現(xiàn)場可編程門陣列器件應用靈活的特性為系統(tǒng)升級和功能擴展提供了可能，利用各個基地址寄存器分別存儲向目標設備功能模塊 動態(tài)分配的地址，能夠方便的進行擴展，具有相當?shù)膹V泛性和通用性。
而且本發(fā)明還包括通過EMC總線擴展的NOR FLASH 、 NAND FLASH禾n SDR SDRAM，在系統(tǒng)在上電后，CPU首先尋址到NOR FLASH存儲器，然后執(zhí)行其中引導系統(tǒng)Bootloader,所述Bootloader
指導CPU將系統(tǒng)配置成為預定的模式后，將系統(tǒng)指向操作系統(tǒng)的入 口 ， CPU開始將操作系統(tǒng)從NAND FLASH或其他存儲介質中搬移到 SDRSDRAM中，當操作系統(tǒng)在內存中被布署開來時，操作系統(tǒng)開始 接管CPU和整個系統(tǒng)，這樣用戶就可以在本機上執(zhí)行相應的用戶程 序來完成一定的任務了。
在初始化過程中，掛接在PCI總線上由FPGA實現(xiàn)的LCD控制 模塊被配置成用戶預定的模式，然后開始等待CPU向其發(fā)送圖像數(shù) 據(jù)。當CPU接收到向LCD控制模塊發(fā)送圖像數(shù)據(jù)的指令后，CPU在 PCI總線上尋址到所述LCD控制模塊，然后將待顯示的圖像數(shù)據(jù)發(fā) 送到PCI總線上。LCD控制模塊接收到CPU發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)后，首 先將其進行緩沖，當數(shù)據(jù)量到達一定程度的時候，LCD控制模塊將 這些數(shù)據(jù)存入由DDR SDRAM構成的顯存中。當LCD控制模塊的控 制邏輯需要這些圖像數(shù)據(jù)的時候，只需要直接在顯存中去取這些數(shù)據(jù) 再送出顯示即可。這樣就節(jié)省了 LCD顯示對PCI總線帶寬的占用， 使LCD控制模塊能夠支持更高的顯示要求。


圖1為本發(fā)明的原理框圖2至圖6分別為本發(fā)明中FPGA構成的PCI多功能目標設備的 配置空間示意圖；圖7為本發(fā)明中LCD控制模塊邏輯框圖。
具體實施例方式
如圖1中所示，本發(fā)明采用CQ8401作為中央處理器(一下簡稱 CPU),包括一條EMC總線， 一條PCI總線。在EMC總線上為系統(tǒng) 擴展了或非門閃存(簡稱NOR FLASH)、與非門閃存(簡稱NAND FLASH)、同步動態(tài)隨機存儲器(簡稱SDRAM)、同步靜態(tài)存儲器(簡 稱SRAM)。系統(tǒng)的啟動代碼(簡稱Bootloader)可以被放在NOR FLASH、 NAND FLASH或使用CPU自帶的片內BOOT ROM中的 Bootloader,所述的操作系統(tǒng)、應用程序以及數(shù)據(jù)可以放在NOR FLASH、NAND FLASH或其他存儲介質中，系統(tǒng)內存由SDR SDRAM 構成。在啟動時，CPU更具其相應的設置首先尋址到NOR FLASH 或CPU自帶的片內BOOTROM，然后執(zhí)行其中的BOOT程序，指導 系統(tǒng)進行初始化操作。在所述BOOT程序執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)會將操 作系統(tǒng)搬移到系統(tǒng)內存中，從而完成了整個系統(tǒng)的啟動過程。基于 PCI總線擴展了 5個PCI目標設備，分別為現(xiàn)場可編程門陣列(簡稱 FPGA)構成的多功能目標設備，由PCI目標設備轉換的ISA設備、 兩個PCI插槽和由PCI目標設備轉換的IDE設備。系統(tǒng)的兩個PCI 插槽支持通用的PCI子卡，為系統(tǒng)的功能提供了豐富的升級空間。所 述ISA設備支持PC-104標準設備。
所述FPGA為PCI總線上的一個多功能目標設備，通過所述 FPGA為系統(tǒng)擴展了 LCD控制模塊、通用異步串行通信接口 (簡稱 UART)模塊、PS/2接口模塊、脈寬調制(簡稱PWM)控制模塊和 增強型并行通信接口 (簡稱EPP)模塊。這5個功能模塊都集成在 FPGA中，對其中任何一個模塊的訪問都是通過所述PCI總線進行的。所述FPGA主要負責PCI總線時序和內部總線時序的匹配、PCI 中斷管理、PCI訪問控制、PCI功能配置空間管理。在系統(tǒng)中，該PCI 多功能目標設備一共擁有5個配置空間分別分配給5個功能，LCD 控制器配置空間的基地址為0x0200—OOOO,UART配置空間的基地址為 0x0200—0100，PS/2配置空間基地址為0x0200—0200,PWM配置空間基 地址為0x0200—03OO,EPP配置空間基地址為0x0200—0400。每個空能 的配置空間分別占用256字節(jié)的空間。其接口配置空間如圖2至圖6 所示。從圖中可以看出，該PCI多功能設備共有5個獨立的配置空間， 分別分配給每一個功能。這5個配置空間中對其相應功能的基地址默 認分別為
LCD控制模土央OxDOOO—0000到OxDFFF—FFFF
UART模塊OxCOOO—0100到OxCOOO—01FF
PS/2接口模塊OxCOOO—0200到OxCOOO—02FF
PWM控制模塊OxCOOO—0300到OxCOOO—03FF
EPP接口模塊OxCOOO—0400到OxCOOO—04FF
初始化PCI設備時，系統(tǒng)需要先對PCI的配置空間進行相應的配 置，這就包括對所述FPGA擴展的各模塊基地址的配置。所述CPU 先讀入某個配置空間的默認基地址寄存器(簡稱BAR)中的值，根 據(jù)讀回的值來判斷該功能的類型，然后對該BAR中寫入全1，然后 再讀回，通過讀回來的值來計算該模塊的空間大小。如果不需要改變 所述模塊的基地址，則將第一次讀回的值寫入相應的BAR中，如果 希望改變模塊的基地址，那么則將新的地址值寫入BAR中，該模塊 的地址就被BAR中新寫入的值替代，這樣就完成了對PCI配置空間 對地址的配置。由于所述FPGA作為PCI目標設備是一個多功能的目標設備，所 以必須使用多條中斷線來完成中斷請求，當某個模塊需要發(fā)起中斷請 求時，所述FPGA的PCI目標設備接口將中斷線置為中斷狀態(tài)，并且 在內部的中斷狀態(tài)寄存器中的相應位被置位，以通知CPU目前申請 中斷的是哪一個功能，既采取中斷加查詢的方式。
所述FPGA擴展成為LCD控制模塊作為PCI目標設備為系統(tǒng)擴 展了顯示能力，為了減少實時顯示對PCI總線帶寬的占用，使用DDR SDRAM作為顯存。如圖7所示，所述LCD控制模塊包括PCI接口 模塊和LCD時序發(fā)生器模塊，以及連接在PCI接口模塊和LCD時序 發(fā)生器模塊之間的寄存器組模塊、顏色査找表模塊、顯存控制模塊， 所述DDR SDRAM與可編程控制單元中的顯存控制模塊相連，所述 顯存控制器又進一步包括依次連接的寫緩沖器、DDR訪問優(yōu)化器、 和讀緩沖器，所述DDR訪問優(yōu)化器通過DDR控制器連接所述DDR SDRAM。圖像數(shù)據(jù)通過PCI總線傳輸后經(jīng)PCI接口傳遞給LCD控 制模塊，LCD控制模塊先將圖像數(shù)據(jù)按照DDR控制器的接口數(shù)據(jù)格 式封包，暫存入寫緩沖器中，等數(shù)據(jù)量達到一定程度時再通過DDR 訪問優(yōu)化器和DDR控制器將數(shù)據(jù)寫入與FPGA相連的DDR SDRAM 構成的顯存中。當需要顯示數(shù)據(jù)時，LCD控制模塊只需要到顯存中 讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過讀緩沖器后由LCD時序發(fā)生器按照寄存器組中的設 置產(chǎn)生符合LCD時序的輸出信號。此過程中，LCD控制模塊不需要 按照LCD刷新頻率高速地向CPU索取數(shù)據(jù)，極大地降低了 PCI總線 的負荷和其帶寬對LCD分辨率的制約。由于DDR SDRAM的速度足 夠快，所以顯示的效果不會受影響。在索引方式下，顏色查找表用于 用戶設置所需顯示的顏色，供LCD時序發(fā)生器索引；在真彩方式下，顏色查找表被忽略。以上對本發(fā)明所提供的一種工業(yè)控制計算機系統(tǒng)進行了詳細介 紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述， 以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同 時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方 式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解 為對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，其特征在于包括帶有PCI總線接口的中央處理器、通過PCI總線與所述中央處理器相連的可編程控制單元，所述可編程控制單元具有一個以上的基地址寄存器，所述各個基地址寄存器分別記載向目標設備功能模塊動態(tài)分配的地址。
2. 根據(jù)權利要求1所述的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，其特征在于所 述中央處理器還通過EMC總線擴展連接有啟動代碼存儲器、系統(tǒng)內 存和用于存儲操作系統(tǒng)、應用程序及數(shù)據(jù)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，其特征在于所述目標設備功能模塊包括LCD控制模塊。
4. 根據(jù)權利要求3所述的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，其特征在于所述LCD控制模塊包括PCI接口模塊和LCD時序發(fā)生器模塊，以及連 接在PCI接口模塊和LCD時序發(fā)生器模塊之間的寄存器組模塊、顏 色査找表模塊、顯存控制模塊，所述可編程控制單元中的顯存控制模 塊外接有DDR SDRAM作為顯存。
5. 根據(jù)權利要求4所述的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，其特征在于所 述顯存控制模塊包括依次連接的寫緩沖器、DDR訪問優(yōu)化器、和讀 緩沖器，所述DDR訪問優(yōu)化器通過DDR控制器連接所述DDR SDRAM 。
6. 根據(jù)權利要求1所述的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，其特征在于所述目標設備功能模塊還包括通用異步串行口模塊、PS/2接口模塊、脈寬調制控制模塊和雙向并行傳輸接口模塊。
7. 根據(jù)權利要求1所述的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，其特征在于所 述PCI總線上還擴展有作為PCI目標設備的PCI轉ISA設備、PCI插槽和PCI轉IDE設備。
8. 根據(jù)權利要求2所述的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，其特征在于所 述啟動代碼存儲器采用或非門閃存，所述系統(tǒng)存儲器采用與非門閃 存，所述系統(tǒng)內存采用單數(shù)據(jù)率同步動態(tài)隨機存儲器。
9. 根據(jù)權利要求3所述的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，其特征在于所述LCD控制模塊、通用異步串行口模塊、PS/2接口模塊、脈寬調制 控制模塊和雙向并行傳輸接口模塊集成在同一芯片上，采用現(xiàn)場可編 程門陣列器件實現(xiàn)。
10. 根據(jù)權利要求1所述的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，其特征在于所述中央處理器采用型號為CQ8401的系統(tǒng)芯片。
全文摘要
本發(fā)明涉及工業(yè)控制領域，特別是一種工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，包括帶有PCI總線接口的中央處理器、通過PCI總線與所述中央處理器相連的可編程控制單元，所述可編程控制單元具有一個以上的基地址寄存器，所述各個基地址寄存器分別記載向目標設備功能模塊動態(tài)分配的地址。本發(fā)明由具有PCI總線接口的中央處理器，通過與PCI總線連接的可編程控制單元擴展出多個目標設備功能模塊，為系統(tǒng)提供強大的處理能力，外圍電路更加簡單，成本更低。此外，通過中央處理器上自帶的PCI總線擴展出多個PCI目標設備，足以滿足大多數(shù)外設的需求，并且通過FPGA作為一個多功能目標設備，為系統(tǒng)升級和功能擴展提供了可能，具有相當?shù)膹V泛性和通用性。
文檔編號G05B15/02GK101303568SQ20081012616
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權日2008年6月27日
發(fā)明者雋 劉, 周緒林, 冀 王, 著 羅 申請人:重慶神州龍芯科技有限公司