基于申威421处理器和申威套片的VPX计算机主板的制作方法

本实用新型涉及一种工控机主板，尤其涉及一种基于申威421处理器和申威套片的VPX计算机主板。

背景技术：

为了推动我国的信息安全建设，对信息安全产品的国产化要求越来越迫切。随着我国信息化的进一步深入发展，信息安全问题日益引起重视。在信息安全产品中最重要的就是嵌入式系统信息得安全可靠性，而嵌入式系统中的一个重要组成部分就是处理器，因而整个嵌入式系统的安全性能的高低就取决于处理器内核的安全性。但是，目前在工业控制计算机行业使用的多为国外品牌的处理器，这些处理器内核在结构设计中主要考虑的是速度、可靠性、功耗等一些非安全性的因素，而处理器的核心技术不受控制，导致存在很多信息安全隐患，使得不法分子或国外反动势力可以很容易在出口到我国的处理器中植入监听、监视装置来窃取我国政府部门、科研机构、企事业单位等的机密。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于通过一种基于申威421处理器和申威套片的VPX计算机主板，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于申威421处理器和申威套片的VPX计算机主板，包括申威421处理器、PEX8632桥芯片、套片控制器模块、PCI-E Switch控制器模块、VPX连接器模块；所述申威421处理器与PEX8632桥芯片连接，所述PEX8632桥芯片与套片控制器模块、VPX连接器模块连接，所述套片控制器模块与PCI-E Switch控制器模块、VPX连接器模块，所述PCI-E Switch控制器模块与VPX连接器模块连接；其中，所述申威421处理器集成有一路DDR3存储控制器接口和一路PCI-E接口，DDR3存储控制器接口接DDR3内存颗粒，一路PCI-E接PEX8632桥芯片转成2路PCIE通道，PEX8632桥芯片输出的一路PCI-E接套片控制器模块，另一路PCI-E接VPX连接器模块；所述VPX连接器模块包括连接器P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6，P0为VPX规范中定义的通用P0连接器，该连接器为主板提供电源输入；P1、P2、P3、P4、P5、P6为VPX规范中定义连接器，该连接器为主板与底板或其他板卡之间的通信接口。

特别地，所述套片控制器模块接出一个千兆以太网PHY芯片、一个PCI-E Switch控制器模块、一个RTC芯片、两路PCI-E接口、两个视频解码器、四路USB信号、一个USB转UART控制器、一个RS232驱动接收控制器、一路PS/2信号、两路SATA信号、一个电子盘。

特别地，所述千兆以太网PHY芯片接出两路GMII/RGMII信号。

特别地，所述RTC芯片反馈时钟给套片控制器模块。

特别地，所述视频解码器分别接出DVI+VGA信号和DVI信号。

特别地，所述套片控制器模块接出一个音频编解码器；所述音频编解码器分别接出一路音频输出，一路音频输入和一路麦克风输入，所述音频输出需配合音频模拟信号放大器使用。

特别地，所述RS232驱动接收控制器接出一路RS232信号。

特别地，所述USB转UART控制器接出一个RS232驱动、接收控制器，RS232驱动、接收控制器接出一路RS232信号。

特别地，所述PCI-E Switch控制器模块采用PCI-E Switch控制器，该PCI-E Switch控制器选用八路PCI-E通道的PEX8609芯片，PEX8609芯片分别接出两路千兆以太网控制器、两路PCI-E接口。

特别地，所述千兆以太网控制器接出GMII/RGMII信号。

本实用新型提出的基于申威421处理器和申威套片的VPX计算机主板中申威421处理器集成有一路DDR3存储控制器接口和一路PCI-E接口，其中PCI-E接口符合PCI-E 3.0规范，相比申威411处理器减少了一路PCI-E接口；但是每条链路速率为8Gbps，相比申威411处理器大大增加了数据交换与运算的速度；DDR3存储控制器接口接DDR3内存颗粒，相比申威411处理器减少了一路DDR3存储控制器接口，但是支持的存储器最高容量增大了一倍为32GB；一路PCI-E接PEX8632桥芯片转成2路PCIE通道，PEX8632桥芯片输出的一路PCI-E接套片控制器模块，另一路PCI-E接VPX连接器模块。本实用新型通过套片完成了多层次片上通信结构、高性能PCIE交叉开关、存储控制器、图形图像子系统等功能；采用自主设计的申威处理器,软硬件设计完全自主可控，安全性高，为我国电力、通信、金融和国防等国家命脉行业的信息安全提供有力保障，同时主板接口资源丰富，兼容性强，可满足不同行业的需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的基于申威421处理器和申威套片的VPX计算机主板结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本实用新型。

请参照图1所示，图1为本实用新型实施例提供的基于申威421处理器和申威套片的VPX计算机主板结构图。

本实施例中基于申威421处理器和申威套片的VPX计算机主板具体包括申威421处理器、PEX8632桥芯片、套片控制器模块、PCI-E Switch控制器模块、VPX连接器模块。所述申威421处理器与PEX8632桥芯片连接，所述PEX8632桥芯片与套片控制器模块、VPX连接器模块连接，所述套片控制器模块与PCI-E Switch控制器模块、VPX连接器模块，所述PCI-E Switch控制器模块与VPX连接器模块连接。所述申威421处理器为主板的核心处理、控制单元，并且提供一路×8的PCI-E链路。所述套片控制器模块为主板提供各种控制器及I/O接口，并且提供一路×8的PCI-E链路，一路×4的PCI-E链路。所述PCI-E Switch控制器模块用于为主板提供扩展的两路×1的PCI-E链路。所述VPX连接器模块负责主板与底板或其他板卡之间的通信。所述套片控制器模块接出一个音频编解码器；所述音频编解码器分别接出一路音频输出，一路音频输入和一路麦克风输入，所述音频输出需配合音频模拟信号放大器使用。

所述申威421处理器集成有一路DDR3存储控制器接口和一路PCI-E接口，DDR3存储控制器接口接DDR3内存颗粒，一路PCI-E接PEX8632桥芯片转成2路PCIE通道，PEX8632桥芯片输出的一路PCI-E接套片控制器模块，另一路PCI-E1接VPX连接器模块。申威421处理器为64位字长的RISC架构高性能通用处理器，单芯片中集成了4个申威421的新一代申威Core3A核心、8MB的三级共享Cache、一路64位DDR3存储控制器、一路第三代标准PCI-E接口、支持调试和管理的维护接口以及符合IEEE1149.1标准的测试接口。

所述套片控制器模块采用国产IO芯片SWICH，该芯片集成了多层次片上通信结构、高性能PCI-E交叉开关、图形图像子系统、DDR2/3存储控制器、高速输入输出部件、低速输入输出部件以及系统控制部件等；片内集成符合国家标准的可信密码模块TCM，具有加/解密、签名/验签、密钥处理等密码运算功能，满足系统可信引导和软件的安全认证需求，适用于高安全需要的国产化系列平台产品应用。

所述套片控制器模块接出一个千兆以太网PHY芯片、一个PCI-E Switch控制器模块、一个RTC芯片、两路PCI-E接口、两个视频解码器、四路USB信号、一个USB转UART控制器、一个RS232驱动接收控制器、一路PS/2信号、两路SATA信号、一个电子盘。所述千兆以太网PHY芯片接出两路GMII/RGMII信号。所述PCI-E Switch控制器模块采用PCI-E Switch控制器，该PCI-E Switch控制器选用八路PCI-E通道的PEX8609芯片，PEX8609芯片分别接出两路千兆以太网控制器、两路PCI-E接口。所述千兆以太网控制器接出GMII/RGMII信号。所述RTC芯片反馈时钟给套片控制器模块。所述视频解码器分别接出DVI+VGA信号和DVI信号。所述USB转UART控制器接出一个RS232驱动、接收控制器。所述RS232驱动、接收控制器接出一路RS232信号。所述RS232驱动、接收控制器接出一路RS232信号。

所述VPX连接器模块具体包括P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6七个连接器。P0为VPX规范中定义通用P0连接器，该连接器为基于申威421处理器和申威套片的VPX计算机主板提供电源输入。P1、P2、P3、P4、P5、P6为VPX规范中定义连接器，该连接器作为基于申威421处理器和申威套片的VPX计算机主板与底板或其他板卡之间的差分信号以及单点信号通信接口。VPX总线是VITA(VME International Trade Association,VME国际贸易协会)组织于2007年在其VME总线基础上提出的新一代高速串行总线标准。VPX总线的基本规范、机械结构和总线信号等具体内容均在ANSI/VITA46系列技术规范中定义。VPX连接器模块核心在于连接器MultiGig RT2，相对于传统的针式连接器，这种高速差分连接器的硅晶片式(类似内存条的金手指)结构具有连接紧密、插入损耗小和误码率低等优点，每个差分接触对支持的数据带宽可高达10Gbit/s，而且硅晶片都带有ESD接地层和触点层，防止操作期间受意外放电影响。尽管采用这种高速连接器牺牲了VPX与早期的VME产品在硬件上的兼容性，但是这种因为不兼容所带来的劣势在其他方面会得到更多的补偿，主要体现在三个方面：其一，可以直接从后背板配置快速I/O设备；这样能够消除由于前端配置带来的维修和形状尺寸问题；其二，为VME用户提供一个可以简单有效地采用各种高速开关互联结构的途径；其三，定义了大量的I/O管脚以便于系统的升级和扩展。

需要说明的是，DDR3(Double Data Rate3,即第三代双倍速率同步动态随机存储器)是指一种内存规格。PCI-E(PCI Express)是指增强型外部互联标准是一种连接电子计算机主板和外部设备的总线标准。PCI(Personal Computer Interface)是指外设互联标准，是一种连接电子计算机主板和外部设备的总线标准。GMII(Gigabit Medium Independent Interface)是一种千兆以太网接口标准。RGMII(Reduced Gigabit Medium Independent Interface)是一种简化的千兆以太网接口标准。I2C(Inter-Integrated Circuit)是一种两线式串行总线标准。RTC(Real-Time Clock)是实时时钟。DVI(Digital Visual Interface)是数字视频接口。VGA(Video Graphics Array)是一种视频输出标准。USB(Universal Serial Bus)是一个外部总线标准。UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是一种通用串行数据总线。RS232是一种异步传输标准接口。PS/2是在较早电脑上常见的接口之一，用于鼠标、键盘等设备。SATA(Serial Advanced Technology Attachment)是一种串行高级技术，是一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口，是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。

本实用新型提的技术方案中申威421处理器集成有一路DDR3存储控制器接口和一路PCI-E接口，其中PCI-E接口符合PCI-E 3.0规范，相比申威411处理器减少了一路PCI-E接口；但是每条链路速率为8Gbps，相比申威411处理器大大增加了数据交换与运算的速度；DDR3存储控制器接口接DDR3内存颗粒，相比申威411处理器减少了一路DDR3存储控制器接口，但是支持的存储器最高容量增大了一倍为32GB；一路PCI-E接PEX8632桥芯片转成2路PCIE通道，PEX8632桥芯片输出的一路PCI-E接套片控制器模块，另一路PCI-E接VPX连接器模块。采用的VPX连接器模块与传统的针式连接器相比，这种高速差分连接器的硅晶片式结构具有连接紧密、插入损耗小和误码率低等优点，每个差分接触对支持的数据带宽可高达10Gbit/s，而且硅晶片都带有ESD接地层和触点层，防止操作期间受意外放电影响。本实用新型通过套片完成了多层次片上通信结构、高性能PCIE交叉开关、存储控制器、图形图像子系统等功能。本实用新型采用+12V供电，最多可以提供384W的功率；采用我国完全自主设计的申威421处理器,采用Linux操作系统，其软硬件设计完全自主可控，安全性高，为我国电力、通信、金融和国防等国家命脉行业的信息安全提供有力保障，并且通过套片完成了多层次片上通信结构、高性能PCI-E交叉开关、图形图像子系统、存储等功能，满足系统的可信引导和软件的安全认证需求，同时主板接口资源丰富，兼容性强，可满足不同行业的需求。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。