一種嵌入式網絡伺服器裝置的製作方法

2023-09-22 05:09:50 2

專利名稱：一種嵌入式網絡伺服器裝置的製作方法
技術領域：
一種嵌入式網絡伺服器裝置技術領域[0001 ] 本實用新型涉及一種嵌入式網絡伺服器裝置。 技術背景[0002]目前，在國內、國際市場存在一些提供網絡服務的嵌入式產品，但這些產品 全部基於ARM平臺，不兼容x86指令集，只支持Linux系統，必須依靠焊在主板上的 FLASH晶片啟動系統。如果Flash晶片同時作為系統主存儲，長時間工作的可靠性受到 極大影響。現有技術中常常使用ARM或者MIPS處理器，利用Iimix作為作業系統開發 同類產品。導致和PC機軟體兼容性差，而且軟體不如windows系統軟體豐富。有的採 用PC機作為替換產品，雖然軟體問題解決了，但是功耗又非常大，不適合長期M小時工 作。實用新型內容[0003]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種和PC機軟體兼容性強、低功耗、 適合長期M小時工作的支持x86指令集的嵌入式伺服器裝置。[0004]本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置由電源管理單元、CPU單元、 DDRII內存單元、網絡接口部分、USB接口、硬碟IDE接口組成，所述CPU單元採用支 持x86指令集、全集成SOC和高速主頻IGHz的CPU晶片VORTEX86DX，通過電源管 理單元產生不同的電壓源供給CPU單元，同時CPU單元對電源進行檢測管理，CPU單 元通過內部集成南橋進行接口轉換擴展與網絡接口部分、USB接口和硬碟IDE接口相連 接；CPU單元同時通過內部集成北橋進行接口轉換與DDRII內存單元相連接，CPU單元 還有內部BIOS升級和底層軟體BSP下載、硬體測試和調試的獨立JTAG 口，CPU同時通 過接口晶片擴展通用RS232接口。[0005]所述電源管理單元由降壓晶片U56、降壓型DC/DC穩壓器U14、同步降壓DC/ DC轉換器U15組成，降壓晶片U56輸入引腳2接12V直流電源，輸出引腳7、8輸出5V 直流電壓VCC，降壓型DC/DC穩壓器U14輸入引腳3接VCC，其輸出腳1、10分別輸 出1.8V和3.3V直流電壓，同步降壓DC/DC轉換器U15輸入引腳4接VCC，其輸出引腳 3輸出IV直流電壓，降壓晶片U56、降壓型DC/DC穩壓器U14、同步降壓DC/DC轉換 器U15分別採用AOZ1016、LTC3407、LTC3560,電源管理晶片的去耦電路，分別放置 在各晶片電源的入口。[0006]本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置由於CPU單元採用了 CPU晶片 VORTEX86DX，這是一個「CPU+BIOS+北橋晶片+南橋晶片」的四合一高集成度 S0C(System0nChip)晶片，使得嵌入式網絡伺服器裝置的體積變的很小，同時整機功耗 不高於4W。256K的二級緩存，最大IGB的內存支持，及較高的CPU主頻率為網絡服務 及磁碟性能提供了堅實的保證，同時由於系統架構不同，CPU的啟動是靠晶片內的BIOS 代碼，不存在頻繁讀寫快閃記憶體的問題，系統的可靠性得以大大提高，適合長期M小時工作，很好的克服了現有技術的缺點。由於支持x86通用指令集，可運行所有常見軟體平 臺，既包括在PC機領域佔統治地位的windows系統，也支持Linux網絡作業系統。用戶 可以選擇中意的軟體系統，並自行安裝以往只能運行在PC機上的軟體。搭配所需的系統 和應用軟體後，本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置可以實現網際網路下載、WEB 服務、NAS服務等多種功能，成為理想的家庭網絡伺服器。[0007]本實用新型採用了全集成SOC支持X86指令集CPU晶片VORTEX86DX，實現 了支持Windows系統的網絡服務，同時兼容Linux系統和PC機軟體兼容性強，適合長期 M小時工作。由於採用了全集成方式，使整個裝置的功耗不大於4W，達到節能的目的。


[0008]圖1是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置系統架構框圖；[0009]圖2-1是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置DDR2內存設計原理圖中 CPU(VORTEX86DX)分部UlA與內存晶片U2的連接圖；[0010]圖2-2是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置DDR2內存設計原理圖中內 存晶片U3管腳連接圖；[0011]圖2-3是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置DDR2內存設計原理圖中內 存晶片U4管腳連接圖；[0012]圖2-4是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置DDR2內存設計原理圖中內 存晶片U5管腳連接圖；[0013]圖3-1是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置CPU和IDE接口原理圖之 [0014]圖3-2是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置CPU和IDE接口原理圖之 --；[0015]圖4-1是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置USB 口 &網口設計中 CPU(VORTEX86DX)分部U1F、雙通道配電開關U43對輸出的兩個USB 口進行電源管 理的原理圖；[0016]圖4-2是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置USB 口 &網口設計中 CPU(VORTEX86DX)分部UlF與網絡變壓器U20、RJ45插座U27連接形成自適應100M 乙太網口的原理圖；[0017]圖4-3是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置USB 口 &網口設計中 CPU(VORTEX86DX)分部UlF直接輸出四個標準高速USB HOST接口的原理圖；[0018]圖5是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置CPU和JTAG 口設計原理 圖；[0019]圖6是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置CPU與SPI接口設計原理 圖；[0020]圖7-1是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置電源部分設計原理圖中 CPU(VORTEX86DX)的電源接口分部UlI和UlH的管腳功能分布圖；[0021]圖7-2是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置電源部分中電源管理單元 的電路原理圖；[0022]圖8-1是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置中電源管理單元的濾波去 耦電路原理圖之一；[0023]圖8-2是本實用新型所提供的嵌入式網絡伺服器裝置中電源管理單元的濾波去 耦電路原理圖之二。
具體實施方式
[0024]
以下結合附圖進一步說明本實用新型的實施。參見圖1，本實用新型所提供的 由電源管理單元、CPU單元、DDRII內存單元、網絡接口部分、USB接口、硬碟IDE接 口組成，通過電源管理單元產生不同的電壓源供給CPU單元，同時CPU單元對電源進 行檢測管理，CPU單元通過內部集成南橋進行的接口轉換擴展與網絡接口部分、USB接 口和硬碟IDE接口相連接；CPU單元同時通過內部集成北橋進行接口轉換與DDRII內 存單元相連接，CPU單元還有進行BIOS和底層軟體BSP下載、硬體測試和調試的獨立 JTAG 口，CPU同時通過接口晶片擴展通用R^232接口。CPU採用的是4合一的X86 指令集晶片VORTEX86DX。該晶片把常用的x86系統的CPU、南橋、北橋、BIOS集 成在一個晶片內。簡化了系統結構以及功耗。該CPU核心部分有DDRII控制器、IDE 控制器、USB控制器和已經集成PHY的網絡控制器等。參見圖2-1-2-4，這幾幅圖是 CPU(VORTEX86DX)分部UlA與內存晶片U2、U3、U4、U5的連接關係圖。圖中內存 晶片U2、U3、U4、U5為4顆8BIT通用內存晶片USMxS/^SeMxSDDR〗晶片，擴展為 4x8的32位數據總線。在PCB上進行正反面布置，也可以只焊接正面的兩顆。這樣容量 可以靈活配置。最大支持IG BYTE內存。圖2-2中CPU(VORTEX86DX)分部UlA的 引腳 MA4、MA5、MA6、MA7、MAlO 與 1.8V 電源接有限流電阻 Rl、R3、R5、R7、 R9，通過限流電阻 R2、R4、R6、R8、RlO 接地；在 CPU(VORTEX86DX)分部 UlA 的 引腳MA8上接有下拉電阻R19。 圖2-3中所示內存晶片與CPU(VORTEX86DX)分部 UlA的引腳間通過電阻R20-R27、R121、R122及排電阻RN1-RN6連接。參見圖3_1、 圖3-2，CPU(VORTEX86DX)分部U1D，利用CPU的內部集成IDE控制器，晶片的IDE 接口直接由CPU引出，所有的信號通過排電阻RN7和RNlO上拉，採用44ρ 的標準插 座J3，標準插座J3第39引腳上接有由電阻R37、發光二極體D6構成的硬碟正常工作顯 示，該接口可以利用CPU的SD卡功能，連接SD卡或硬碟。CPU直接與連接器^8相 連，形成兩個標準的1^232接口。[0025]參見圖4-1、4-2、4-3，CPU(VORTEX86DX)分部U1F，利用 CPU 內置的MAC 控制器以和PHY，直接連接網絡變壓器U20，連接一個RJ45插座U27形成自適應100M 乙太網口。 同時CPU內部集成USB控制器，由CPU的引腳DP0/DM0，DP1/DM1, DP2/DM2, DP3/DM3直接輸出四個標準高速USBHOST接口，其中引腳DP0/DM0， DP1/DM1連接USB插座J5和J6。由雙通道配電開關U43 (MIC2026)對輸出的兩個USB 口進行電源管理和電流限制，每個接口最大輸出電流500mA。弓丨腳DP2/DM2作為內置 USB接口，採用非標準插座J29，以便用於擴展。裝置上還接有由電阻R31和發光二極 管D4構成的3.3V電源正常工作指示與由電阻R33和發光二極體D5構成的網口激活狀態 指示。[0026]參見圖5，圖5中CPU(VORTEX86DX)分部U1G，分別連接外部晶振Yl和實時時鐘晶振Y2及COMS電源的電池，在系統掉電時實時時鐘正常運行。通過PWRGD 信號指示電池電量是否正常。通過增加6芯連接器J16連接CPU的JTAG 口，用於BSP 程序下載和調試。同時可以在產品生產時對產品進行測試。[0027]參見圖6，CPU(VORTEX86DX)分部UlE與連接器J27直接連接，擴展通用目 的I/O 口，CPU的SPI 口與通用SPI 口 ROMU13連接，目的是固化產品的ID以及對產品進行加密等。[0028]參見圖7-1-7-2，電源接口晶片UlI和UlH為CPU(VORTEX86DX)的電源接口 分部。系統採用12V直流電源，通過連接器J17輸入12V(見圖7-2)，利用圖7_2中降 壓晶片U56、降壓型DC/DC穩壓器U14、同步降壓DC/DC轉換器U15組成電源管理單 元，降壓晶片U56輸入引腳2接12V直流電源，輸出引腳7、8輸出5V直流電壓VCC， 降壓型DC/DC穩壓器U14輸入引腳3接VCC，其輸出腳1、10分別輸出1.8V和3.3V直 流電壓，同步降壓DC/DC轉換器U15輸入引腳4接VCC，其輸出引腳3輸出IV直流電 壓，降壓晶片U56、降壓型DC/DC穩壓器U14、同步降壓DC/DC轉換器U15分別採用 AOZ1016、LTC3407、LTC3560,降壓晶片U56將輸入12V變換為5V，降壓型DC/DC 穩壓器U14將5V轉換為3.3V和1.8V，同步降壓DC/DC轉換器U15將5V變換為IV。 其中5V供電給USB接口，IDE以及後面的下一級電源。3.3V是系統的接口電源。1.8V 給內存以及CPU的內存接口供電。1.0V是CPU的內核電壓。降壓型DC/DC穩壓器 U14的引腳2 (RUNl)、引腳9(RUN2)與電源VCC間接有由電阻RU6、R172和肖特基 二極體Dl構成的防反接保護電路，並接有接地的去耦電容C219、C247,連接器J23接 復位按鈕。在電源管理單元部分的電路中還有由電阻尺四和發光二極體D3構成的電源 指不電路。[0029]參見圖8-1、8-2，兩圖為所有晶片電源的去耦電路，由電容C119-C142、 電容C209-C214、電容C207、C170、C168、C177放置在1.8V的電源入口，由電 容C143-C167、電容C203-C205、C169、電容C176放置在3.3V的電源入口，由電容 C178-C184、電容C198-C201、電容C206、C187、C192放置在5V的電源入口構成了所 有晶片電源的去耦電路，增強了系統的抗幹擾性。[0030]軟體部分的處理步驟如下[0031]從http://www.kernel.org/下載到2.6.30for 586的內核原始文件，首先對用到的各項目錄、連結進行校正，然後針對本產品的硬體特點做優化、裁剪，以使得內核更加 緊湊、效率高。最後，根據需要修改編譯選項後進行編譯，即可獲得本產品上適用的 Debian GNU/Linux 作業系統。
權利要求1.一種嵌入式網絡伺服器裝置，其特徵是由電源管理單元、CPU單元、DDRII內存 單元、網絡接口部分、USB接口、硬碟IDE接口組成，所述CPU單元採用支持x86指令 集、全集成SOC和高速主頻IGHz的CPU晶片VORTEX86DX，通過電源管理單元產生 不同的電壓源供給CPU單元，同時CPU單元對電源進行檢測管理，CPU單元通過內部集 成南橋進行接口轉換擴展與網絡接口部分、USB接口和硬碟IDE接口相連接；CPU單元 同時通過內部集成北橋進行接口轉換與DDRII內存單元相連接，CPU單元還有內部BIOS 升級和底層軟體BSP下載、硬體測試和調試的獨立JTAG 口，CPU同時通過接口晶片擴 展通用RS232接口。
2.權利要求1所述的嵌入式網絡伺服器裝置，其特徵在於所述電源管理單元由降壓芯 片(U56)、降壓型DC/DC穩壓器(U14)、同步降壓DC/DC轉換器(UK)組成，降壓晶片 (U56)輸入引腳2接12V直流電源，輸出引腳7、8輸出5V直流電壓VCC，降壓型DC/ DC穩壓器(U14)輸入引腳3接VCC，其輸出腳1、10分別輸出1.8V和3.3V直流電壓， 同步降壓DC/DC轉換器(UK)輸入引腳4接VCC，其輸出引腳3輸出IV直流電壓，降 壓晶片(U56)、降壓型DC/DC穩壓器(U14)、同步降壓DC/DC轉換器(UK)分別採用 AOZ1016、LTC3407, LTC3560,電源管理晶片的去耦電路，分別放置在各晶片電源的入
專利摘要本實用新型涉及一種嵌入式網絡伺服器裝置。由電源管理單元、CPU單元、DDRII內存單元、網絡接口部分、USB接口、硬碟IDE接口組成，CPU單元採用支持x86指令集、全集成SOC和高速主頻1GHz的晶片VORTEX86DX，由電源管理單元為CPU單元供電，同時CPU單元對電源進行檢測管理，CPU單元通過內部集成南橋進行的接口轉換擴展與網絡接口部分、USB接口和硬碟IDE接口相連；並通過內部集成北橋進行接口轉換與DDRII內存單元相連，CPU單元還有獨立JTAG口，CPU同時通過接口晶片擴展通用RS232接口。該嵌入式網絡伺服器裝置支持x86指令集、和PC機軟體兼容性強、低功耗、適合長期24小時工作。
文檔編號G06F1/16GK201812224SQ20102015149
公開日2011年4月27日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者王健, 陳先良 申請人:吳語傑, 王健