一种实现四核及以上通用处理器的计算机模块的制作方法

本实用新型涉及计算机技术领域，尤其涉及一种实现四核及以上通用处理器的计算机模块。

背景技术：

comexpress是picmg协会(国际工业电气协会)定义的计算机模块标准，它是一种高度集成的嵌入式计算机模块，特别适合于各行业设备自定义的工业计算机解决方案，在标准的单板计算机因结构或由于缺乏扩展性而不适合时使用，在comexpress标准里抛弃了之前的低速度pci，ide信号，是一个以全新的高速计算机接口为主的标准，pciexpress，串行ata，千兆网口，sdvo及usb3.0将被支持。所有的电子信号都通过ab和cd两个220pin的连接器与接口底(又称comexpress载板或底板)连接。

最新的标准是2016年制定的comexpress3.0,规范中定义了10个type，主要更新pcie，万兆网，推出了主要针对工业sever的最新的type7，其中之前比较流行的type2因为新的芯片不再提供pci将逐渐的推出历史舞台，type10，type6，type7将成为主流。

标准定义中规定了四个标准尺寸的模块：compact(95x95mm)，basic(95x125mm)，extended(155x110mm))，以及comexpressminisize(84x55mm)。其中mini尺寸上只能实现type10的信号定义。

处理器计算机模块中的现有技术有如下：

(1)现有技术中有很多基于高集成soc处理器的cometype10计算机模块。这些soc处理器体积小，集成度高，在cpu核心外，集成了丰富的外部接口，如网络、usb、sata、pciexpress、vga显示等，在comexpresstype10规格的84mmx55mm的pcb面积上，能很容易实现type10定义的全功能和信号引出。这些处理器包括intelatom处理器、国内龙芯ls2k1000处理器等，具有功耗低、接口功能齐全等优点，在各种对计算性能要求不高的嵌入式领域得到大量应用。

缺点：能在84mmx55mm尺寸上实现type10全功能的处理器(如intelatom，ls2k1000)，一般都是嵌入式处理器，cpu的计算处理能力都不高，使得其无法满足更高处理能力的应用要求。

(2)四核及以上的cpu计算处理能力均较强，但cpu尺寸一般来说都很大，同时这些cpu都是通用处理器，还需要外部桥接芯片进行显示、sata、usb等高速io的扩展，这样大的尺寸和较大的集成电路无法在84mmx55mm的空间内完成布局。现有技术一般采用comexpress的95mmx95mm或者125mmx95mm等较大尺寸规范来实现多核处理器模块，满足对各行业设备对高性能计算机模块的应用需求。

缺点：95mmx95mm和125mmx95mm规格的comexpress模块尺寸较大，无法满足对高计算处理性能的计算机模块的小体积的应用要求。

(3)现有技术中也有用自定义的尺寸和功能接口定义研制嵌入式工业计算机模块，针对性解决应用方面的需求。

缺点：由于这种是自定义非标准的特殊产品，无论是尺寸，还是功能接口定义，使用范围一般仅限于企业自用和几个特殊客户，都无法满足工业领域对计算机模块的标准化通用性应用要求。

技术实现要素：

针对上述背景技术中的现有计算机模块的至少一种缺陷，为满足无显示的嵌入式工业控制以及网络应用对小尺寸的模块计算机的应用要求，本实用新型提供了一种实现四核及以上通用处理器的计算机模块，本实用新型在comexpressmini规格上实现，解决在84mmx55mm这样小尺寸的comexpresstype10规范的pcb印制电路板上，高性能大封装尺寸的四核及以上多核处理器和周围逻辑电路没有足够空间进行排版布局的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种实现四核及以上通用处理器的计算机模块，所述计算机模块由处理器芯片、内存芯片、以太网逻辑电路芯片、usb控制器芯片、sata控制器芯片、总线连接器和pcb电路板组成，处理器芯片连接内存芯片，处理器芯片连接以太网逻辑电路芯片，处理器芯片连接usb控制器芯片，处理器芯片连接sata控制器芯片，且以太网逻辑电路芯片、usb控制器芯片、sata控制器芯片均与总线连接器连接，具体地，以太网逻辑电路芯片、usb控制器芯片、sata控制器芯片通过cpu芯片和各控制器芯片间匹配的逻辑电路实现与总线连接器的连接；

所述处理器芯片、内存芯片、以太网逻辑电路芯片、usb控制器芯片、sata控制器芯片、总线连接器均集成于pcb电路板上，所述pcb电路板为type10规范的84mmx55mmpcb印制板，所述处理器芯片为四核及以上多核处理器，具体为四核及以上通用处理器；

计算机控制系统的运行状况信息通过以太网逻辑电路芯片或usb控制器芯片连接外部终端的console接口来获取。

工作原理如下：

基于在计算机模块的逻辑电路中，没有集成图形显示控制器的多核处理器，通常是通过pci或者pcieexpress总线外接一个独立的图形显示控制器芯片。为满足无显示的嵌入式工业控制以及网络应用对小尺寸的高性能模块计算机的应用要求，本实用新型提供了一种在comexpressmini规格上实现四核以上通用处理器的计算机模块，解决在84mmx55mm这样小尺寸的comexpresstype10规范的pcb印制电路板上，高性能大封装尺寸的四核及以上多核处理器和周围逻辑电路没有足够空间进行排版布局的问题。本实用新型简化计算机电路的逻辑设计，去掉独立的图形显示控制器的功能逻辑电路，减少图形显示控制器芯片及其所需的电路，因此pcb电路板上的元器件也大大减少，使大尺寸封装的处理器和必要的外设逻辑电路能全部放在type10规范的84mmx55mmpcb印制板上，满足无显示的嵌入式计算机的应用场景。

本实用新型结构简单，减少图形显示控制器芯片及其所需逻辑电路，在comexpressmini规格(84mmx55mm)大小的pcb上，可以用高性能的四核及以上的多核通用处理器实现符合comexpresstype10规范的小尺寸嵌入式计算机核心模块，满足工业控制和自动化设备对小型化的高性能计算机核心模块的需求。国产四核以上多核通用处理器都是大尺寸封装，通过本实用新型的结构可以缩小计算机核心模块的外形尺寸，促进国产cpu处理器在各行业的的快速应用。

所述处理器芯片为四核及以上多核处理器，多核处理器一般需要四片或者八片ddr内存芯片。因此，作为进一步地优选方案，考虑如下两种设计方式：

(1)所述内存芯片包括四片ddr内存芯片，依次记作第一ddr内存芯片、第二ddr内存芯片、第三ddr内存芯片、第四ddr内存芯片；

(2)所述内存芯片包括八片ddr内存芯片。

作为进一步地优选方案，针对设计方式(1)，所述第一ddr内存芯片、第二ddr内存芯片和所述处理器芯片设于所述pcb电路板的top顶层；所述第三ddr内存芯片、第四ddr内存芯片设于所述pcb电路板的bottom底层，且所述第三ddr内存芯片、第四ddr内存芯片的位置与所述第一ddr内存芯片、第二ddr内存芯片位置一一对应。

作为进一步地优选方案，针对设计方式(1)，所述第一ddr内存芯片、第二ddr内存芯片上下排布，所述处理器芯片设于所述第一ddr内存芯片、第二ddr内存芯片右侧；所述第一ddr内存芯片、第二ddr内存芯片和所述处理器芯片的ddr信号引脚处于相邻侧(即同侧)位置，所述第三ddr内存芯片、第四ddr内存芯片和所述处理器芯片的ddr信号引脚处于相邻侧(即同侧)位置。

优选地，所述处理器芯片采用飞腾四核ft-2000/4处理器或龙芯四核ls3a3000或龙芯四核ls3a4000处理器。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型在comexpressmini规格的84mmx55mmpcb电路板上，可以用高性能的四核及以上的多核通用处理器实现符合comexpresstype10规范的小尺寸嵌入式计算机核心模块，满足工业控制和自动化设备对高性能小型化计算机核心模块的需求。

2、本实用新型国产四核以上多核通用处理器都是大尺寸封装，通过该方法可以缩小计算机核心模块的外形尺寸，促进国产cpu处理器在各行业的快速应用。

3、本实用新型减少了图形显示控制器芯片及其所需逻辑电路，应用在无需图形显示界面的工业控制和网络通讯领域，降低了系统成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为现有技术中具有图形显示控制器功能的计算机模块逻辑结构示意图。

图2为本实用新型一种实现四核及以上通用处理器的计算机模块逻辑结构示意图。

图3为本实用新型中处理器芯片与ddr芯片分层布局策略图。

图4为本实用新型中内存芯片位置和cpu内存信号管脚处于相邻侧(即同侧)策略图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-处理器芯片，2-内存芯片，2a-第一ddr内存芯片，2b-第二ddr内存芯片，2c-第三ddr内存芯片，2d-第四ddr内存芯片，3-以太网逻辑电路芯片，4-usb控制器芯片，5-sata控制器芯片，6-总线连接器，7-pcb电路板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1至图4所示，本实用新型一种实现四核及以上通用处理器的计算机模块，所述计算机模块由处理器芯片1、内存芯片2、以太网逻辑电路芯片3、usb控制器芯片4、sata控制器芯片5、总线连接器6和pcb电路板7组成，处理器芯片1连接内存芯片2，处理器芯片1连接以太网逻辑电路芯片3，处理器芯片1连接usb控制器芯片4，处理器芯片1连接sata控制器芯片5，且以太网逻辑电路芯片3、usb控制器芯片4、sata控制器芯片5均与总线连接器6连接，具体地，以太网逻辑电路芯片、usb控制器芯片、sata控制器芯片通过cpu芯片和各控制器芯片间匹配的逻辑电路实现与总线连接器的连接；

所述处理器芯片1、内存芯片2、以太网逻辑电路芯片3、usb控制器芯片4、sata控制器芯片5、总线连接器6均集成于pcb电路板7上，所述pcb电路板7为type10规范的84mmx55mmpcb印制板，所述处理器芯片1为四核及以上多核处理器；

计算机控制系统的运行状况信息通过以太网逻辑电路芯片3或usb控制器芯片4连接外部终端的console接口来获取。

所述处理器芯片1为四核及以上多核处理器，多核处理器一般需要四片或者八片ddr内存芯片。本实施中所述内存芯片2包括四片ddr内存芯片，依次记作第一ddr内存芯片2a、第二ddr内存芯片2b、第三ddr内存芯片2c、第四ddr内存芯片2d；

所述第一ddr内存芯片2a、第二ddr内存芯片2b和所述处理器芯片1设于所述pcb电路板7的top顶层；所述第三ddr内存芯片2c、第四ddr内存芯片2d设于所述pcb电路板7的bottom底层，且所述第三ddr内存芯片2c、第四ddr内存芯片2d的位置与所述第一ddr内存芯片2a、第二ddr内存芯片2b位置一一对应。

所述第一ddr内存芯片2a、第二ddr内存芯片2b上下排布，所述处理器芯片1设于所述第一ddr内存芯片2a、第二ddr内存芯片2b右侧；所述第一ddr内存芯片2a、第二ddr内存芯片2b和所述处理器芯片1的ddr信号引脚处于相邻侧位置，所述第三ddr内存芯片2c、第四ddr内存芯片2d和所述处理器芯片1的ddr信号引脚处于相邻侧位置。

所述处理器芯片1采用飞腾四核ft-2000/4处理器，本实施例结合飞腾四核ft-2000/4处理器的管脚信号分布，以及comexpresstype10总线连接器的信号定义，将cpu处理器芯片的定位标识角放在pcb电路板7的top层相对于bottom层220pin总线连接器的左下端靠近连接器端(此时模块220pin的总线连接器位于bottom层的pcb电路板7的下端)，同时通过去掉图形显示控制器芯片，在pcb电路板7布局上采用内存分层策略和信号处于相邻侧策略，实现了符合type10规范的飞腾四核ft-2000/4处理器的嵌入式计算机模块。

具体实施时：cpu芯片型号为ft-2000/4，内存芯片型号为mt40a1g16knr-062e:e，以太网逻辑电路芯片型号为：ar8035，usb控制器芯片型号为：upd720202，sata控制器型号为：asm1061，总线连接器型号为：3-1827231-6。当然可以实施本实用新型的上述芯片型号还有很多，此处不再一一赘述。

工作原理如下：

基于在计算机模块的逻辑电路中，没有集成图形显示控制器的多核处理器，通常是通过pci或者pcieexpress总线外接一个独立的图形显示控制器芯片，图1所示是现有技术中具有图形显示控制器功能的计算机模块结构示意图，即多核通用处理器计算机模块外接独立显示控制器的逻辑电路图。为满足无显示的嵌入式工业控制以及网络应用对小尺寸的模块计算机的应用要求，本实用新型提供了一种在comexpressmini规格上实现四核及以上通用处理器的计算机模块，解决在84mmx55mm这样小尺寸的comexpresstype10规范的pcb印制电路板上，高性能大封装尺寸的四核及以上多核处理器和周围逻辑电路没有足够空间进行排版布局的问题。本实用新型简化计算机电路的逻辑设计，去掉独立的图形显示控制器的功能逻辑电路，减少图形显示控制器芯片及其所需的电路(如图2所示)，因此pcb电路板7上的元器件也大大减少，使大尺寸封装的处理器和必要的外设逻辑电路能全部放在type10规范的84mmx55mmpcb印制板上，满足无显示的嵌入式计算机的应用场景。

在工业和自动化控制领域，很多嵌入式计算机控制处理系统不需要对外提供图形显示界面，计算机控制系统的运行状况等信息可由外部计算机或者笔记本电脑的串口或者网络接口连接到该控制系统的console接口(串口或者网络接口)来获取。

在84mmx55mm的pcb电路板7同一面上，如果四片内存芯片2和处理器芯片1放在同一面上，将该模块的元器件布局变得异常困难，增加pcb电路板7布线设计难度。本实用新型是采用两面布局策略，将2片ddr芯片和处理器芯片1放在pcb电路板7的top顶层，另外2片ddr芯片放在pcb电路板7的bottom底层(图3所示，内存分层布局策略图)。同时，根据不同处理器芯片1、ddr总线的位置，调整ddr内存芯片和处理器芯片1之间的相对位置，确保ddr内存芯片在处理器芯片1的ddr信号脚处于相邻侧位置，确保pcb电路板布线策略最优。如图4所示，内存芯片2位置和cpu处理器内存管脚的信号处于相邻侧策略图。

本实用新型结构简单，减少图形显示控制器芯片及其所需逻辑电路，在comexpressmini规格(84mmx55mm)大小的pcb上，可以用高性能的四核及以上的多核通用处理器实现符合comexpresstype10规范的小尺寸嵌入式计算机核心模块，满足工业控制和自动化设备对小型化计算机核心模块的需求。国产四核以上多核通用处理器都是大尺寸封装，通过本实用新型的结构可以缩小计算机核心模块的外形尺寸，促进国产cpu处理器在各行业的的快速应用。

实施例2

如图1至图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，所述处理器芯片1采用龙芯四核ls3a3000或龙芯四核ls3a4000处理器。

本实施例通过在84mm*55mm大小的pcb电路板7上，通过去掉显示逻辑电路，实现了符合type10规范的龙芯四核ls3a3000或者ls3a4000处理器的嵌入式计算机模块。

实施例3

如图1至图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中所述内存芯片2包括八片ddr内存芯片。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。