基于ATOM处理器的加固机设计方法

2022-12-04

Intel推出的ATOM处理器是面向平板电脑和手持设备等嵌入式市场开发的一款处理器, 该处理器具有功耗低、性能高等特点。同时处理器外围接口丰富, 可以满足工控平台的应用。

本设计是面向机载和移动平台的加固计算机, 要求体积小、功耗低, 性能强大。本设计选用ATOM的第三代低功耗双核CPUN2600, 该处理器主频1.6GHz支持多种接口, 满足加固机的设计需求。

一、加固机主板设计

加固机主板功能包括处理功能、大容量存储功能、支持多种接口功能。多种接口包括以太网接口、VGA显示接口、异步串行接口和4路PCI接口。基于以上接口和功能要求, 本设计的系统框图如图1所示。

本设计牵涉特别多的设计技术, 本文主要讲述设计的关键技术, 包括上电时序控制、时钟电路设计和热适应性设计。

二、上电时序设计

主板的外部输入电源为单路直流电源12V供电, 电压范围为10V~14V, 最大供电功率为45W, 电源主板输出端纹波电压Vp-p≦120mV。

设计中根据各关键器件选型可以确定主板系统的电源树。

主板整版设计中使用多钟电源, Intel的处理器平台对电源具有严格的上电次序限制, 同时本设计考虑到电路保护的需要对上电次序做了详细的设计。

设计中5VSB和V3.3V_SB电源在上电阶段直接输出, 接口芯片开始工作, 发出RSMRST#信号给桥片NM10, 桥片的RSMRST#信号用来复位初始化电源逻辑, 然后桥片NM10发出SLP_S5#SLP_S4#和SLP_S3#电源控制信号。

根据Intel平台的CPU和桥芯片的上电次序要求, 详细设计中的上电次序如图2所示。

三、时钟电路设计

设计中需要10路差分时钟, 上表中列出了各个功能电路和对应的物理电路所需要的时钟, 同时给出了时钟输入的形式。时钟设计的准则:

RTCX1、RTCX2为桥片提供RTC时钟, 使用外部晶体提供时钟;

差分时钟对必须同源, 保证CPU与桥片NM10时钟同步;

以太网芯片WG82574IT和交换机BCM53118KQLE (G) 时钟为25MHZ, 但是这两路时钟必须保持同桥片NM10和PCIE时钟同相位, 所以25MHZ时钟必须使用9VRS4339BKLF来提供;

9VRS4339BKLF芯片是专门针对Intel平台设计的一款新品, 该芯片的输出参数完全满足本设计中的需要, 故FSM模块的核心时钟都是由该芯片提供。该芯片通过一路25MHZ的晶体提供时钟。

四、热适应性设计

本设计通过合理的散热板设计和运用外部供风的风流道等可以解决高温环境下的散热问题, 这种设计方式通过热设计仿真和其它项目应用的实际效果得到验证。低温工作环境的实现, 根据理论分析, 在低温环境中PCB和大部分元器件的特性会发生少许的变化, 其阻抗略有增大, 实际测量也发现压降有增大的现象, 因此在设计中采用适当的提升电压的方式可增强产品的低温性能, 另外在PCB布线方面增大设计余量, 外围器件选用工业级别以上器件, 对商业档ATOMN2600芯片和桥片NM10设计额外的加热电路来满足机载通用模块的低温工作要求。