通用高性能嵌入式通信處理器模塊的製作方法

2023-05-15 13:19:21

專利名稱：通用高性能嵌入式通信處理器模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及通信領域中的一種通用高性能嵌入式通信處理器模塊，特別適用於直接作為網絡和通信設備的中心處理模塊或接口處理模塊、通信協議處理模塊。
背景技術：
目前，網際網路的飛速發展對全球通信網絡基礎設施供應商形成巨大的壓力，驅使網絡設備製造商必須在更短的時間內生產出更新、性能更強、價格更低的產品。但是，在複雜的網絡和通信設備的研製過程中，其中心控制單元、通信接口單元及協議處理單元通常都選用微處理系統加以實現，很多網絡和通信設備的一些相關單元更是各自選用不同的微處理，即使選用相同的處理器系統，也存在著各自獨立開發和重複開發的問題，由於微處理器系統開發所用的周期長，投入人力多，耗費資金多，造成設備的開發周期過長和人力物力資源的不必要的浪費，因此，非常需要一種通用的高性能嵌入式通信處理器模塊，通信網絡應用的開發可以基於該模塊之上，為用戶在網絡和通信產品的開發方面提供巨大的潛力並縮短開發周期和節約開發經費，加速產品的上市。

發明內容
本實用新型的目的在於避免上述背景技術中的不足之處而提供一種體積小、功耗低，接口靈活的高性能嵌入式通信處理器模塊，且本實用新型可方便的作為網絡和通信設備的中心處理模塊或接口處理模塊或通信協議處理模塊，還具有通用性好、擴展能力強、集成度高、性能可靠、功耗低、價格低廉等特點。
本實用新型的目的是這樣實現的它包括實時時鐘1、復位電路2、電源模塊3、高速CPU模塊4、通信處理模塊5、10M乙太網接口模塊6、RS-232串行接口模塊7、通信協議接口模塊8、高性能接插件9，其中復位電路2出埠1通過復位信號線與高速CPU模塊4入埠3、通信處理模塊5入埠3、10M乙太網接口6入埠2、RS232串行接口7入埠2、高性能接插件9入埠3並接；高速CPU模塊4出入埠1通過數據總線與實時時鐘1出入埠1、通信處理模塊5出入埠1、高性能接插件9出入埠1並接、出埠2通過地址總線與實時時鐘1入埠2、通信處理模塊5入埠2、高性能接插件9入埠2並接；通信處理模塊5出入埠4通過乙太網MAC總線與10M乙太網接口6出入埠1連接、出入埠5通過UART總線與RS232串行接口7出入埠1連接、出入埠6通過協議接口總線與通信協議接口模塊8出入埠1連接；通信協議接口模塊8出入埠2通過接口總線與高性能接插件9的出入埠4連接；電源模塊3的出端+V電壓端與各部件相應電源端連接。
本實用新型的目的還可以通過下列技術措施達到本實用新型高速CPU模塊4由CPU處理器10、地址總線驅動器11、數據總線驅動器12、同步動態隨機存儲器13、快閃記憶體14構成，其中CPU處理器10出端管腳1至32通過地址總線與地址總線驅動器11入端管腳1至32、同步動態隨機存儲器13入端管腳1至32並接、出入端管腳33至64通過數據總線與數據總線驅動器12出入管腳1至32、同步動態隨機存儲器13出入端管腳33至64並接、CPU處理器10出入端管腳33至64與數據總線驅動器12出入端管腳1至32、同步動態隨機存儲器13出入端管腳33至64並接、出入端管腳65至80通過控制總線與同步動態隨機存儲器13出入端管腳65至80、實時時鐘1、通信處理模塊5、高性能接插件9模塊的CPU控制總線並接；地址總線驅動器11出端管腳33至64與快閃記憶體14入端管腳1至32、實時時鐘1、通信處理模塊5、高性能接插件9模塊的CPU地址總線並接；數據總線驅動器12出端管腳33至64與快閃記憶體14入端管腳33至64、實時時鐘1、通信處理模塊5、高性能接插件9模塊的CPU數據總線並接；CPU處理器10、地址總線驅動器11、數據總線驅動器12、同步動態隨機存儲器13、快閃記憶體14各入端85腳與電源模塊3出端+V電壓端並接、各入端86腳與地端並接。
本實用新型10M乙太網模塊6由乙太網物理層器件15、接口變壓器16、接口連接器17構成，其中乙太網物理層器件15出入端2、3、4、10、14、15腳通過標準的IEEE 802.3 MAC接口總線連接通信處理模塊5的出入端管腳C14、C20、C21、C29、C30、C31、入端20、29腳與電源模塊3出端+V電壓端並接、入端21、32腳與地端並接；接口變壓器16入端1、3腳與乙太網物理層器件15出端25、26連接，出端5、8腳與乙太網物理層器件15的入端19、22連接、出端9、11腳與接口連接器17入端1、2腳連接、入端14、16腳與接口連接器17出端3、6腳連接。
本實用新型RS-232串行接口模塊7由RS-232串行接口驅動器18、接口連接器19構成，其中RS232串行接口器件18出入端12、11腳通過標準的異步UART接口總線連接通信處理模塊5出入端D8、D9腳連接、入端2腳與電源模塊3出端+V電壓端連接、入端15腳與地端連接；接口連接器19出端管腳1、入端管腳2與RS232串行接口器件18入端13腳、出端14腳連接、管腳4與地端連接。
本實用新型通信協議接口模塊8由2路10/100Mbps乙太網MAC接口20-1、20-2、1路155Mbps ATM AAL5 SAR接口21、4路2Mbps的標準TDM接口22-1至22-4構成，其中2路10/100Mbps乙太網MAC接口20-1、20-2各出入端管腳1至16分別連接通信處理模塊5出入端管腳B0至B15、B16至B31，各出入端管腳17至32分別連接高性能接插件9出入端管腳B0至B15、B16至B31；1路155MbpsATM AAL5 SAR接口21出入端管腳1至32連接通信處理模塊5出入端管腳A0至A31、出入端管腳33至64分別連接高性能接插件9出入端管腳A0至A31；4路2Mbps的標準TDM接口22-1至22-4各出入端管腳1至6分別連接通信處理模塊5出入端管腳D0至D5、D6至D11、D12至D17、D18至D23、各出入端管腳11至16分別連接高性能接插件9出入端管腳D0至D5、D6至D11、D12至D17、D18至D23；2路10/100Mbps乙太網MAC接口20-1、20-2、1路155Mbps ATM AAL5 SAR接口21、4路2Mbps的標準TDM接口22-1至22-4各入端66腳與電源模塊3出端+V電壓端並接、各入端68腳與地端並接。
本實用新型相比背景技術有如下優點1.本實用新型由於採用高速CPU模塊4，CPU運行頻率高達200MHz以上，可以作為網絡和通信設備的中心處理模塊，即可以滿足網絡和通信設備的中心處理模塊或通信協議處理模塊的運行需要，又可以免去調試複雜的微處理器系統，因而大大縮短系統的開發周期。
2.本實用新型由於採用10M乙太網接口6實現乙太網協議的收發與處理、採用RS-232串行接口7實現異步串口的數據收發，目前許多網絡和通信設備採用實時多任務作業系統，本實用新型的接口非常便於作為實時多任務作業系統的板級支持包及其它低層程序的調試接口，本實用新型可以方便地製作成嵌入式通信處理器模塊。
3.本實用新型由於採用通信協議接口模塊8，可方便的擴展出2路10/100Mbps乙太網MAC接口、1路155Mbps AAL5 SAR接口，4路2Mbps的標準TDM接口的功能，可以作為接口處理模塊或通信協議處理模塊，靈活地擴展多種協議和接口。
4.本實用新型的電路模塊均採用市售通用的集成電路和接插件製作，因此設備集成高，體積小，性能可靠，價格低廉，便於批量生產。


圖1是本實用新型的電原理方框圖。
圖2是本實用新型高速CPU模塊4的電原理圖。
圖3是本實用新型10M乙太網接口模塊6的電原理圖。
圖4是本實用新型RS-232串行接口模塊7的電原理圖。
圖5是本實用新型通信協議接口模塊8的電原理圖。
具體實施方式
本實用新型由實時時鐘1、復位電路2、電源模塊3、高速CPU模塊4、通信處理模塊5、10M乙太網接口模塊6、RS-232串行接口模塊7、通信協議接口模塊8、高性能接插件9組成。圖1是本實用新型的電原理方框圖，實施例按圖1連接線路。本實用新型實時時鐘1的作用是取得系統時間，提供給通用嵌入式高性能通信處理器模塊上運行的實時作業系統，用於調度任務時使用，由集成的非易失性時間保持器件組成。非易失性時間保持器件通過CPU總線連接高速CPU模塊4，高速CPU通過訪問非易失性時間保持器件的時鐘寄存器來取得系統時間，實施例採用市售DS1553型集成電路實現。本實用新型復位電路2的作用是完成整個模塊的上電復位和手動復位，由集成復位晶片和手動復位按鈕組成。其中集成復位晶片產生復位時間大於100毫秒的復位電平信號，信號輸出端連接到高速CPU模塊4和其它模塊，同時連接到高性能接插件9供擴展接口和協議時使用。手動復位按鈕通過上拉電阻連接到集成復位晶片的輸入端，集成復位晶片監測到手動復位信號變化時，也會產生自動復位輸出信號。實施例復位電路2採用市售DS706型集成晶片和按鍵式開關製作。本實用新型電源模塊3的作用是為其它模塊提供正電源電壓並控制高速CPU器件的上電順序和電壓範圍，由電源接插件、電源變換器件、和上電順序控制電路和限壓控制電路組成。電源變換器件輸入端和接地端同時連接到3針的電源接插件和高性能接插件9，這樣即可以採用電源接插件提供電源電壓，也可以通過高性能接插件9提供電源電壓，還可以通過高性能接插件9對外提供電源電壓。實施例電源模塊3採用市售DS1764型集成電路和21DQ10型二極體實現。
本實用新型高速CPU模塊4的作用是實現高性能CPU接口的功能，它由CPU處理器10、地址總線驅動器11、數據總線驅動器12、同步動態隨機存儲器13、快閃記憶體14組成。圖2是高速CPU模塊4實施例的電原理圖，且按圖2連接線路。CPU處理器10的功能是提供最高運行速率高達200MHz以上的CPU，實施例採用市售的POWER PC型32位中央處理器製作；地址總線驅動器11和數據總線驅動器12的功能是增加CPU總線的驅動能力，實施例採用市售的16位總線驅動器16244和16245製作；同步動態隨機存儲器13和快閃記憶體14用於存貯和運行底層硬體驅動程序和高層協議處理程序，實施例同步動態隨機存儲器13採用市售的16位寬的8M16型SDRAM器件製作，快閃記憶體14採用市售的16位寬的320J3A型flash器件製作。
本實用新型10M乙太網接口模塊6的作用是完成10M乙太網收發物理層的信號與數據的處理，它由乙太網物理層器件15、接口變壓器16、接口連接器17組成。圖3是10M乙太網接口模塊6實施例的電原理圖，且按圖3連接線路。乙太網物理層器件15完成乙太網接口和協議轉換的功能，實施例採用市售LXT905型集成電路製作，接口變壓器16採用市售23Z467型集成變壓器製作，接口連接器17為標準的RJ45連接器，實施例採用市售標準RJ45插座製作。
本實用新型串行接口模塊7的作用是完成通用異步傳輸信號UART，接收發送串行信號流的處理，它由RS-232串行接口驅動器18、接口連接器19組成。圖4是串行接口模塊7實施例的電原理圖，且按圖4連接線路。接收信號時，串行數據通過接口連接器20的1端接收，到達RS-232串行接口驅動器19的接收腳，RS-232串行接口驅動器19對輸入信號時進行異步傳輸信號UART協議處理，再送到通信處理模塊5完成信號流處理。發送信號時，信號流經通信處理模塊5的處理，輸出到RS-232串行接口驅動器19，RS-232串行接口驅動器19對發送的數據流進行接口處理後發送至接口連接器20的2端，實施例串行處理器5採用市售的ADM3202型串口集成電路和標準的RJ11插座製作。
本實用新型模塊通信協議接口模塊8的作用是和通信處理模塊5、高性能接插件9配合，靈活地擴展多種通信協議接口。它由2路10/100Mbps乙太網MAC接口20-1至20-2、1路155Mbps ATM AAL5SAR接口21、4路2Mbps的標準TDM接口22-1至22-4組成。圖5為通信協議接口模塊8實施例的電原理圖，且按圖5連接線路。用戶硬體電路板通過高性能接插件9連接模塊通信協議接口模塊8，就可以方便的擴展出10/100Mbps乙太網、AAL5 SAR、TDM等多種協議和接口的功能。實施例2路10/100Mbps乙太網MAC接口20-1至20-2、1路155Mbps ATM AAL5 SAR接口21、4路2Mbps的標準TDM接口22-1至22-4採用市售的ALTERA大規模集成模塊製作。高性能接插件9的作用是可以方便地引出大量的信號線，實施例採用兩對市售140pin型的高性能接插件製作。
本實用新型的電路設計中採用的電阻和電容器件均採用市售通用元器件製作，因此價格低廉，便於批量生產。
本實用新型簡要工作原理如下用戶電路通過高性能接插件9的CPU接口總線和協議接口總線連接本模塊。通過CPU接口總線，本模塊完成網絡和通信設備的中心處理模塊的功能，高速CPU採用32位嵌入式通信處理器，最高運行速率高達200MHz以上，可提供32位地址和數據總線，同步動態隨機存儲器和快閃記憶體用於存貯和運行底層硬體驅動程序和高層協議處理程序；通過10M乙太網接口接插件和RS-232串行接口接插件，可以直接使用模塊內的10M乙太網接口模塊6和串行接口模塊7，10M乙太網接口模塊6主要完成10M乙太網收發物理層的信號與數據的處理；串行接口模塊7的主要完成通用異步傳輸信號UART，串行信號流的接收發送處理；通過高性能接插件9的協議接口總線，本模塊主要完成接口處理模塊或通信協議處理模塊的功能，通信處理模塊5、高性能接插件9和通信協議接口模塊8配合，共同擴展出多種通信協議接口。
本實用新型的安裝結構如下把本實用新型電路設計中使用的所有元器件按原理框圖1連接，並採用微電子集成工藝安裝技術集成安裝在一塊長×寬為145×110毫米的印製電路板上，並把所有可擴展信號線通過兩對高性能接插件引出，組裝成本實用新型。用戶使用時，可以通過接口連接器直接使用內置的10M乙太網接口和內置的RS-232串行接口，需要擴展接口和協議功能時，用戶印製電路板通過高性能接插件連接本實用新型模塊，就可以直接進行基於本實用新型模塊之上的研製開發。
權利要求1.一種通用高性能嵌入式通信處理器模塊，它包括實時時鐘(1)、復位電路(2)、電源模塊(3)、通信處理模塊(5)、高性能接插件(9)，其特徵在於還包括高速CPU模塊(4)、10M乙太網接口模塊(6)、RS-232串行接口模塊(7)、通信協議接口模塊(8)，其中復位電路(2)出埠1通過復位信號線與高速CPU模塊(4)入埠3、通信處理模塊(5)入埠3、10M乙太網接口(6)入埠2、RS232串行接口(7)入埠2、高性能接插件(9)入埠3並接；高速CPU模塊(4)出入埠1通過數據總線與實時時鐘(1)出入埠1、通信處理模塊(5)出入埠1、高性能接插件(9)出入埠1並接、出埠2通過地址總線與實時時鐘(1)入埠2、通信處理模塊(5)入埠2、高性能接插件(9)入埠2並接；通信處理模塊(5)出入埠4通過乙太網MAC總線與10M乙太網接口(6)出入埠1連接、出入埠5通過UART總線與RS232串行接口(7)出入埠1連接、出入埠6通過協議接口總線與通信協議接口模塊(8)出入埠1連接；通信協議接口模塊(8)出入埠2通過接口總線與高性能接插件(9)的出入埠4連接；電源模塊(3)的出端+V電壓端與各部件相應電源端連接。
2.根據權利要求1所述的通用高性能嵌入式通信處理器模塊，其特徵在於高速CPU模塊(4)由CPU處理器(10)、地址總線驅動器(11)、數據總線驅動器(12)、同步動態隨機存儲器(13)、快閃記憶體(14)構成，其中CPU處理器(10)出端管腳1至32通過地址總線與地址總線驅動器(11)入端管腳1至32、同步動態隨機存儲器(13)入端管腳1至32並接、出入端管腳33至64通過數據總線與數據總線驅動器(12)出入管腳1至32、同步動態隨機存儲器(13)出入端管腳33至64並接、CPU處理器(10)出入端管腳33至64與數據總線驅動器(12)出入端管腳1至32、同步動態隨機存儲器(13)出入端管腳33至64並接、出入端管腳65至80通過控制總線與同步動態隨機存儲器(13)出入端管腳65至80、實時時鐘(1)、通信處理模塊(5)、高性能接插件(9)模塊的CPU控制總線並接；地址總線驅動器(11)出端管腳33至64與快閃記憶體(14)入端管腳1至32、實時時鐘(1)、通信處理模塊(5)、高性能接插件(9)模塊的CPU地址總線並接；數據總線驅動器(12)出端管腳33至64與快閃記憶體(14)入端管腳33至64、實時時鐘(1)、通信處理模塊(5)、高性能接插件(9)模塊的CPU數據總線並接；CPU處理器(10)、地址總線驅動器(11)、數據總線驅動器(12)、同步動態隨機存儲器(13)、快閃記憶體(14)各入端85腳與電源模塊(3)出端+V電壓端並接、各入端86腳與地端並接。
3.根據權利要求1或2所述的通用高性能嵌入式通信處理器模塊，其特徵在於10M乙太網模塊(6)由乙太網物理層器件(15)、接口變壓器(16)、接口連接器(17)構成，其中乙太網物理層器件(15)出入端2、3、4、10、14、15腳通過標準的IEEE 802.3 MAC接口總線連接通信處理模塊(5)的出入端管腳C14、C20、C21、C29、C30、C31、入端20、29腳與電源模塊(3)出端+V電壓端並接、入端21、32腳與地端並接；接口變壓器(16)入端1、3腳與乙太網物理層器件(15)出端25、26連接，出端5、8腳與乙太網物理層器件(15)的入端19、22連接、出端9、11腳與接口連接器(17)入端1、2腳連接、入端14、16腳與接口連接器(17)出端3、6腳連接。
4.根據權利要求3所述的通用嵌入式高性能通信處理器模塊，其特徵在於RS-232串行接口模塊(7)由RS-232串行接口驅動器(18)、接口連接器(19)構成，其中RS232串行接口器件(18)出入端12、11腳通過標準的異步UART接口總線連接通信處理模塊(5)出入端D8、D9腳連接、入端2腳與電源模塊(3)出端+V電壓端連接、入端15腳與地端連接；接口連接器(19)出端管腳1、入端管腳2與RS232串行接口器件(18)入端13腳、出端14腳連接、管腳4與地端連接。
5.根據權利要求4所述的通用嵌入式高性能通信處理器模塊，其特徵在於通信協議接口模塊(8)由2路10/100Mbps乙太網MAC接口(20-1)、(20-2)、1路155Mbps ATM AAL5 SAR接口(21)、4路2Mbps的標準TDM接口(22-1)至(22-4)構成，其中2路10/100Mbps乙太網MAC接口(20-1)、(20-2)各出入端管腳1至16分別連接通信處理模塊(5)出入端管腳B0至B15、B16至B31，各出入端管腳17至32分別連接高性能接插件(9)出入端管腳B0至B15、B16至B31；1路155Mbps ATM AAL5 SAR接口(21)出入端管腳1至32連接通信處理模塊(5)出入端管腳A0至A31、出入端管腳33至64分別連接高性能接插件(9)出入端管腳A0至A31；4路2Mbps的標準TDM接口(22-1)至(22-4)各出入端管腳1至6分別連接通信處理模塊(5)出入端管腳D0至D5、D6至D11、D12至D17、D18至D23、各出入端管腳11至16分別連接高性能接插件(9)出入端管腳D0至D5、D6至D11、D12至D17、D18至D23；2路10/100Mbps乙太網MAC接口(20-1)、(20-2)、1路155Mbps ATMAAL5 SAR接口(21)、4路2Mbps的標準TDM接口(22-1)至(22-4)各入端66腳與電源模塊(3)出端+V電壓端並接、各入端68腳與地端並接。
專利摘要本實用新型公開了一種通用高性能嵌入式通信處理器模塊，它涉及通信領域中的通信處理器模塊裝置。它由高速CPU模塊、通信處理模塊、復位電路、實時時鐘、電源模塊、10M乙太網接口模塊、RS－232串行接口模塊、通信協議接口模塊，高性能接插件等部件組成。它通過高速CPU模塊和通信協議接口模塊可處理和實現多種通信接口和協議的功能。本實用新型還具有通用性好、擴展能力強、集成度高、性能可靠、功耗低、價格低廉等優點，特別適用於直接作為網絡和通信設備的中心處理模塊或接口處理模塊、通信協議處理模塊。
文檔編號H04L29/06GK2914504SQ20062002441
公開日2007年6月20日 申請日期2006年5月15日 優先權日2006年5月15日
發明者陳劍波, 賈玉君, 劉素桃, 胡廣文, 王曉蘋, 陳鳳祥, 孫士勇, 潘晨昕 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所