龙芯2F处理器评估板的设计与实现

发布时间：2020-05-28 00:44

【摘要】： 龙芯2F处理器是一颗正准备量产且大规模应用的高性能通用处理器芯片。与外围专用器件的应用相比,龙芯2F有接口频率高、板级设计难度大、应用领域广的一系列特点。该论文的目的就是在充分理解龙芯2F体系结构、接口规范和电气特性的基础上,研制具有高性能及丰富接口的龙芯2F评估板,给用户提供一个可靠的基于龙芯2F处理器的性能评估和二次开发的硬件平台,且通过评估板的研制,给出了在龙芯2F处理器的板级设计中各关键模块的设计方法和各环节的设计流程,给后来的开发者提供一个基于龙芯2F处理器的可靠的板级参考设计。在评估板的架构和原理图设计中,结合系统的功能和设计要求,制定出硬件实现的板级架构,且根据各模块的预期功能进行芯片选型和模块设计,进而根据评估板的系统资源特点和各模块的需求进行系统资源的设计和分配,从而完成整体的原理图设计。其次,在PCB设计中,为使关键信号的信号质量达到最优,提出了前期约束后期仿真的布线机制,前期在分析信号完整性问题的主要成因及常用的解决方法的基础上,结合评估板各接口的信号时序及电气特点,制定出整板PCB设计约束,进而在约束的指导下完成布局布线;后期对关键信号进行仿真,根据仿真结果调整电路参数和布线约束,以最优化关键信号的信号质量,实践证明该机制提高了高速信号系统板级设计的可靠性。再次,给出了评估板的调试流程,并给出了每个步骤的调试方法和调试中常见的故障,为使板级实际的关键信号质量达到最优,测试、分析并优化了系统电源和时钟信号的信号质量,进而完成了评估板的硬件调试。最后使用Stream、Netperf、Hdparm、X11Perf和IOZone等测试软件对评估板的访存速度、网络性能、外存的访问速度、显示性能和PCI总线带宽等各项关键性能进行测试和评估。性能测试和高强度的可靠性测试结果表明,龙芯2F评估板的系统性能达到了预期的设计目标,可以作为参考样板可靠地提供给合作厂家作为性能评估和二次开发使用,且评估板设计中各关键模块的设计方法和各环节的设计流程可以作为参考设计广泛应用在其它龙芯2F处理器的板级设计中。评估板的成功设计对龙芯产业化的进程起到了一定的促进作用。
【图文】：

示意图,系统结构设计,示意图,南桥

图2.1系统结构设计示意图 Fig.2.1Systemarehiteeturedesignoftheevaluationboard从图2.1可以看出，龙芯ZF处理器整合了北桥的功能，该系统结构(处理器和南桥配套)和业界主流的南北桥结构相比有低成本的特点。系统的扩展功能模块(网络、显示和南桥)充分利用了PCI总线进行扩展，同样可以看出，为满足二次开发的需要，评估板的一个特点是为外围应用提供了丰富的主流扩展接口。对于结构图中各模块的设计方法和考虑在本章2.2节中会逐一给以详细的介绍。2.1.2评估板的功能接口为满足应用的需求，评估板通过处理器的接口总线、南桥、显示控制器、网络控制器等主模块扩展了丰富的外围接口。其中支持的扩展总线有DDRZ总线、Pcl一X总线、LPC总线、 Local10总线、ISA总线、USB总线等，允许用户在这些标准总线接口的基础上，扩充针对特殊应用场合的其他设备;同时系统可接入的外存有IDE磁盘、 NORFlash、NANDFlash;另外系统还提供了丰富的显示接口，如VGA、DVI、DVO、S一Video和复合端子显示等。具体功能接口简介如下:

布线图,布线图,布线,利川

Fig.3.4TheIayout()f日O科’OMlayerofEvoluatiol飞BoardPCB从一F毛反，街If}I的了IJ线比较:!J‘以石t出，飞呀Ifllf自布线比11一l自11内(rJ线丰}}对史密(女日DDRZI自8组数据信号绕线均在背山}完成)，这是囚为器件的布局仁要是在!}一向的空问内完成，)沂以评ftl:板充分利川了背ifll的布线丫间，，这样。叮以更好地保计信号线的线宽线趴。
【学位授予单位】：首都师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP332

【引证文献】