专利名称：一种基于arm微处理器的pc104嵌入式计算机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种嵌入式计算机，具体是指一种利用低功耗ARM微处理器进行中央运算处理和国际标准PC104总线进行扩展的嵌入式计算机。
背景技术：
目前，国际上主流的嵌入式计算机都是基于X86处理器的单板计算机系统，主要应用于工业控制、通信、安防、消费类电子等对高性能处理有着密切需求的领域。这种基于X86处理器的嵌入式计算机有两个明显的不足一个是X86处理器功耗较高，一般情况下当处理器速度超过100MHZ时，嵌入式计算机的中央处理器必须加装散热片或对系统加装风扇，这样势必导致整个嵌入式计算机设备在功耗和体积上增大，不能满足很多对体积和功耗有严格限制的应用场合的需求；二是X86处理器的成本偏高，在同样的性能条件下，X86处理器的性价比明显劣于ARM微处理器。
随着低功耗ARM微处理器的出现和完善，ARM微处理器被大量的应用到嵌入式设备中，但是由于ARM微处理器不能直接兼容PC104总线，到目前为止还没有将ARM微处理器和PC104总线扩展进行成功集成的应用系统出现，使得目前基于ARM微处理器的嵌入式系统丧失了PC104总线易于扩展的优势，从而使这种嵌入式系统的应用范围受到较大的限制。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提供一种基于ARM微处理器的PC104嵌入式计算机，它结合ARM微处理器高性能、低功耗的优点，以及PC104国际标准总线易于扩展、兼容性好的优点，优化这类嵌入式计算机的性能，极大地扩展嵌入式计算机的应用范围。
本实用新型的技术解决方案是，一种基于ARM微处理器的PC104嵌入式计算机，参见图1，包括有低功耗ARM微处理器1和PC104时序控制器20。所述低功耗ARM微处理器1分别电接有电源管理模块2、时钟管理和复位逻辑3、SDRAM和FLASH存储器4、LCD和CRT显示控制5、标准串口6、以太网接口7、红外接口8、USB接口9和CAN接口10；所述PC104时序控制器20分别电接有并行接口扩展21、PS2键盘鼠标22和PC104扩展总线23。上述低功耗ARM微处理器1与PC104时序控制器20相电接。
上述PC104时序控制器20通过可编程逻辑器件设计实现PC104时序控制，使ARM微处理器能与PC104总线相连并对其进行控制。
本实用新型的工作原理是，鉴于上述电源管理模块2具有低功耗特征，可自动监测系统的状态，当ARM微处理器出于闲置状态时，电源管理模块自动进入待机节电模式。上述SDRAM和FLASH存储器4采用Nand非线性FLASH芯片，使该装置的非易失存储容量可达128M字节以上。上述PC104时序控制器20具有可编程功能，能对编程逻辑进行重新设计。故可使得本实用新型利用ARM微处理器和PC104总线各自的优势，实现由ARM微处理器系统和PC104接口控制两大部分构成的嵌入式计算机系统。整个系统以低功耗ARM微处理器为核心，电源管理模块、时钟管理和复位逻辑为ARM微处理器提供正常的电源、时钟和复位信号；存储器为ARM微处理器提供了程序和数据存储空间；内嵌在ARM微处理器处理最小系统中的显示控制、以太网控制器、USB控制器、串口控制器和CAN总线控制器提供了嵌入式计算机所必须的外设接口；PC104时序控制器为基于ARM微处理器的嵌入式计算机提供了独特的PC104国际标准总线扩展。
而进一步的优化体现在PC104时序控制器上，目前国际上还没有能够直接与ARM微处理器接口的通用PC104时序控制器，这也是目前还没有成功的ARM微处理器和PC104总线结合应用的主要原因，通过可编程逻辑器件设计实现PC104时序控制，使得ARM微处理器能够与PC104总线相连并对其进行控制。参见图2，PC104总线控制时序利用了ARM微处理器处理的读写信号NOE和NEW、第24号地址线A24、内存片选信号nMemCS16、IO片选信号nIOCS16以及时钟和复位信号CLOCK&RST，在可编程逻辑内部功能电路的管理下，产生正确的总线等待信号PWAIT、使能信号AEN和ALE以及其它PC104控制时序所需的信号，从而完成对PC104外部扩展模块的访问。
优化的上述装置还包括电源管理模块功能，该装置的电源管理模块电路可以监测系统的状态，当ARM微处理器出于闲置状态时，电源管理模块将进入待机状态的节点模式，当有任务需要处理时，可以将ARM微处理器唤醒并进入工作状态，这种模式进一步优化了ARM微处理器的低功耗特征。
还包括有SDRAM和FLASH存储器，采用Nand非线性FLASH芯片，使得该装置的非易失存储容量可达128M字节以上；此外，它还包括有可编程逻辑，可编程逻辑是一种在系统硬件可编程的器件，当应用需求发生变化时，通过对可编程逻辑的重新设计满足实际应用对硬件的需求。
由以上可知，本实用新型为一种基于ARM微处理器的PC104嵌入式计算机，它相比现有技术有如下优点1、采用低功耗ARM微处理器，消除了嵌入式计算机对散热片和风扇的需求，减少系统功耗和体积，降低了成本。
2、PC104时序控制器的设计增加了ARM微处理器的PC104总线扩展，极大地提高了应用系统设计的灵活性和兼容性。
3、采用可编程逻辑器件，使得该装置具有在系统硬件可编程特性，适应了应用要求变化时对硬件做相应修改的需求。
4、智能电源管理模块模式，使得装置功耗进一步得到优化。
5、上述优势使得该装置具有高可靠性、高效能、低功耗、低成本、体积小的特征。
图1是本实用新型基于ARM微处理器的PC104嵌入式计算机的结构框图。
图2是利用可编程逻辑器件实现的PC104时序控制器电路图。
图1～2中，1.低功耗ARM微处理器， 2.电源管理模块，3.时钟管理和复位逻辑， 4.SDRAM和FLASH存储器，5.LCD和CRT显示控制， 6.标准串口，7.以太网接口， 8.红外接口，9.USB接口，10.CAN接口，20.PC104时序控制器， 21.并行接口扩展，22.PS2键盘鼠标， 23.PC104扩展总线。
具体实施方式
以下结合基于ARM微处理器的PC104嵌入式计算机实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例本例基于ARM微处理器的PC104嵌入式计算机结构如图1所示，低功耗ARM微处理器1选用型号为S3C2410A(200MHZ)的ARM微处理器，分别电接有电源管理模块2、时钟管理和复位逻辑3、SDRAM和FLASH存储器4、LCD和CRT显示控制5、标准串口6、以太网接口7、红外接口8、USB接口9和CAN接口10，其中SDRAM和FLASH存储器4取用32M SDRAM和64M Flash存储器；PC104时序控制器20分别电接有并行接口扩展21、PS2键盘鼠标22和PC104扩展总线23，实现PC104时序控制器的可编程逻辑芯片的型号是XC95144XL-10TQ144。上述低功耗ARM微处理器1又与PC104时序控制器20相电接。
所有实施例中采用的外围计算机和应用模块可采用现有的计算机或应用模块。
使用本实用新型可进行工业数据采集、处理与传输。投入使用时，工业数据采集、处理与传输应用现场一般有数据采集、数据处理、数据传输和现场控制等应用需求，一般情况下，数据采集和现场控制均采用PC104扩展模块来实现。
在实际应用中，利用PC104数据采集扩展卡采集现场数据和信息，信息通过PC104总线时序控制器传递到ARM微处理器，ARM微处理器将数据缓存在其外部存储器中，并对这些数据进行分析和处理，ARM微处理器将数据处理结果存储在本地非易失存储器FLASH中，并通过标准串口、以太网接口、USB接口，以及CAN总线或红外接口，传送给本地或远程上位机，上位机对获取的信息作进一步的分析和处理，形成执行决策，决策信息再次通过上述通信接口传递给ARM微处理器，ARM微处理器对接收到的命令进行分析后，再将指令信息通过ISA总线时序控制器发送给PC104现场控制模块，PC104现场控制模块解释上位机指令，并执行相应的控制动作，从而实现嵌入式计算机在工业控制应用中的功能。
使用本实用新型还可进行工业数据监控与人机交互系统运作。投入使用时，工业数据监控与人机交互系统是典型的人在回路工业控制系统，如电力机车显示控制装置、生产车间的参数监测和控制装置等等，这种系统的典型应用需求是通过外围传感器和扩展模块获取监测参数并通过LCD显示参数和系统运行状态，由人工参与状态监控并形成控制决策。
在实际应用中，现场传感器一般通过RS485/232、CAN总线等方式将监测数据传送给ARM微处理器，部分比较复杂的参数则需要通过PC104扩展AD模块进行数据采集并通过PC104总线将参数传送给ARM微处理器，ARM微处理器对参数进行分析和处理后，将被测装置的参数和图表直观地通过LCD显示器显示出来，现场工作人员对LCD显示的参数和图表进行分析，得到装置的运行状态并通过触摸屏和键盘等输入设备对装置进行有效控制。
权利要求1.一种基于ARM微处理器的PC104嵌入式计算机，其特征是包括有低功耗ARM微处理器(1)和PC104时序控制器(20)，所述低功耗ARM微处理器(1)分别电接有电源管理模块(2)、时钟管理和复位逻辑(3)、SDRAM和FLASH存储器(4)、LCD和CRT显示控制(5)、标准串口(6)、以太网接口(7)、红外接口(8)、USB接口(9)和CAN接口(10)，所述PC104时序控制器(20)分别电接有并行接口扩展(21)、PS2键盘鼠标(22)和PC104扩展总线(23)，上述低功耗ARM微处理器(1)与PC104时序控制器(20)相电接。
2.根据权利要求1所述的基于ARM微处理器的PC104嵌入式计算机，其特征是所述PC104时序控制器(20)通过可编程逻辑器件设计实现PC104时序控制，使ARM微处理器与PC104总线相连并对其进行控制。
专利摘要一种基于ARM微处理器的PC104嵌入式计算机，有低功耗ARM微处理器1和PC104时序控制器20，ARM微处理器1接有电源管理2、时钟管理和复位逻辑3、SDRAM和FLASH存储器4、LCD和CRT显示控制5、标准串口6、以太网接口7、红外接口8、USB接口9和CAN接口10；PC104时序控制器20接有并行接口扩展21、PS2键盘鼠标22和PC104扩展总线23。本机不使用散热片和风扇，增加了ARM微处理器的PC104总线扩展，提高了应用系统设计的灵活性和兼容性，且具备可编程特性，可满足应用中各种变化之要求，功耗优化，具有高可靠性、高效能、低功耗、低成本、体积小等优点。
文档编号G06F1/32GK2777637SQ20052005012
公开日2006年5月3日 申请日期2005年1月21日 优先权日2005年1月21日
发明者谭向杰 申请人:长沙科瑞捷机电技术有限公司