一种基于龙芯处理器的COMe模块及计算机

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种基于龙芯处理器的COMe模块及计算机。

背景技术

计算机模块扩展标准（COM-Express，COMe）是国际工业计算机制造者联合会制定的一种计算机模块标准，特别适合于执行自定义的工业计算机解决方案。COMe模块具有超小型、高集成度、高可靠性等优点，可以广泛应用于工业自动化、智能设备、铁路交通、医疗电子等领域。

目前，市面上的COMe模块大部分采用国外的Intel处理器，并采用Windows服务器操作系统。然而，使用国外的处理器和服务器无法从核心上实现自主可控，而目前在信息安全产业需要大量应用自主可控的产品。并且，国外的处理器通常交付周期长、维修成本高，并且多数BIOS固件与国内自主研发产品不兼容。

发明内容

本申请提供了一种基于龙芯处理器的COMe模块及计算机，能够提升COMe模块的维护性、灵活性和生命周期，并规避了国外处理器交付周期长、维修成本高的问题，能够做到自主可控。

本申请公开了如下技术方案：

第一方面，本申请提供了一种基于龙芯处理器的COMe模块，包括：龙芯3号处理器、龙芯7号桥片和复杂可编程逻辑器件CPLD；

所述龙芯3号处理器和所述龙芯7号桥片通过HT1总线连接，以进行数据通信；

所述CPLD和所述龙芯3号处理器通过第一对外接口连接，所述CPLD和所述龙芯7号桥片通过第二对外接口连接；

所述CPLD用于与所述龙芯3号处理器和所述龙芯7号桥片进行信号交互，以控制上电时序和电平转换。

可选的，所述龙芯3号处理器包括龙芯3A1000、龙芯3A2000、龙芯3A3000、龙芯3A4000、龙芯3A5000、龙芯3B1000、龙芯3B2000和龙芯3B3000中的任意一种；所述龙芯7号桥片包括龙芯LS7A1000和龙芯LS7A2000中的任意一种。

可选的，所述第一对外接口包括UART接口、GPIO接口和SPI接口中的任意一种；所述第二对外接口包括UART接口、GPIO接口、SPI接口和ACPI接口中的任意一种。

可选的，所述COMe模块，还包括：连接器；所述连接器和所述龙芯7号桥片通过第三对外接口连接，所述连接器和所述CPLD通过第四对外接口连接。

可选的，所述第三对外接口包括PCIE接口、GbE接口、USB2.0接口、USB3.0接口、SATA3.0接口、HDA接口、I2S接口、LPC接口、HDMI接口、VGA接口和CAN接口中的任意一种或多种；所述第四对外接口包括GPIO接口、UART接口和SPI接口中的任意一种或多种。

可选的，所述COMe模块，还包括：显卡基本输入输出系统模块固件；

所述显卡基本输入输出系统模块固件和所述龙芯7号桥片通过SPI接口连接。

可选的，所述显卡基本输入输出系统模块固件，用于：根据所述COMe模块的操作系统更改固件配置，以设置所述COMe模块的初始分辨率，和，分配所述COMe模块的接口。

可选的，所述COMe模块，还包括：基本输入输出系统固件；

所述基本输入输出系统固件和所述CPLD通过SPI接口连接。

可选的，所述基本输入输出系统固件，用于：根据所述COMe模块的操作系统更改固件配置，以提升所述COMe模块的启动速率。

第二方面，本申请提供了一种计算机，所述计算机包括第一方面所述的一种基于龙芯处理器的COMe模块；所述计算机还包括：供电单元；

所述供电单元，用于给所述COMe模块供电。

相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供了一种基于龙芯处理器的COMe模块及计算机，包括：龙芯3号处理器、龙芯7号桥片和复杂可编程逻辑器件CPLD；龙芯3号处理器和龙芯7号桥片通过HT1总线连接，以进行数据通信；CPLD和龙芯3号处理器通过第一对外接口连接，CPLD和龙芯7号桥片通过第二对外接口连接；CPLD用于与龙芯3号处理器和龙芯7号桥片进行信号交互，以控制上电时序和电平转换。由此，模块化的COMe模块使用便捷、易于二次开发、接口数量充足，提升了COMe模块的维护性、灵活性和生命周期，并规避了国外处理器交付周期长、维修成本高的问题，能够做到自主可控。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为本申请实施例提供的一种COMe模块的示意图；

图1B为本申请实施例提供的另一种COMe模块的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电源状态时序图；

图3为本申请实施例提供的一种上电时序图；

图4为本申请实施例提供的一种标记符说明示意图；

图5为本申请实施例提供的一种计算机的示意图。

具体实施方式

正如前文描述，目前，市面上的COMe模块大部分采用国外的Intel处理器，并采用Windows服务器操作系统。

然而，一方面，使用国外的处理器和服务器无法从核心上实现自主可控，而目前在信息安全产业需要大量应用自主可控的产品。并且，国外的处理器通常交付周期长、维修成本高、DDR4内存小，并且多数BIOS固件与国内自主研发产品不兼容。另一方面，现有的国产处理器的COMe模块也无法提供多种接口供用户使用。

有鉴于此，本申请提供了一种基于龙芯处理器的COMe模块及计算机，包括：龙芯3号处理器、龙芯7号桥片和复杂可编程逻辑器件CPLD；龙芯3号处理器和龙芯7号桥片通过HT1总线连接，以进行数据通信；CPLD和龙芯3号处理器通过第一对外接口连接，CPLD和龙芯7号桥片通过第二对外接口连接；CPLD用于与龙芯3号处理器和龙芯7号桥片进行信号交互，以控制上电时序和电平转换。由此，模块化的COMe模块使用便捷、易于二次开发、接口数量充足，提升了COMe模块的维护性、灵活性和生命周期，并规避了国外处理器交付周期长、维修成本高的问题，能够做到自主可控。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1A，该图为本申请实施例提供的一种COMe模块的示意图。

由图可知，该COMe模块100主要是由龙芯3号处理器101、龙芯7号桥片102和复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）103组成。

具体的，龙芯3号处理器101是一种计算处理器，负责COMe模块的计算、处理等任务。示例性的，龙芯3号处理器101可以包括龙芯3A1000、龙芯3A2000、龙芯3A3000、龙芯3A4000、龙芯3A5000、龙芯3B1000、龙芯3B2000和龙芯3B3000中的任意一种。

龙芯7号桥片102是直接与龙芯3号处理器101进行数据和指令交换，从而充当连接桥梁的处理芯片。示例性的，龙芯7号桥片102可以包括龙芯LS7A1000和龙芯LS7A2000中的任意一种。

复杂可编程逻辑器件103规模较大、结构复杂，属于大规模集成电路范围，是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。示例性的，复杂可编程逻辑器件103可以采用国产高云GW1N-LV4PG256C6/I5型号的可编程逻辑器件。

上述龙芯3号处理器101和龙芯7号桥片102通过HT1总线连接，以进行数据通信；复杂可编程逻辑器件103和龙芯3号处理器101通过第一对外接口连接，复杂可编程逻辑器件103和龙芯7号桥片102通过第二对外接口连接。复杂可编程逻辑器件103用于与龙芯3号处理器101和龙芯7号桥片102进行信号交互，以控制上电时序和电平转换。

综上所述，本申请公开了一种基于龙芯处理器的COMe模块，包括：龙芯3号处理器、龙芯7号桥片和复杂可编程逻辑器件CPLD；龙芯3号处理器和龙芯7号桥片通过HT1总线连接，以进行数据通信；CPLD和龙芯3号处理器通过第一对外接口连接，CPLD和龙芯7号桥片通过第二对外接口连接；CPLD用于与龙芯3号处理器和龙芯7号桥片进行信号交互，以控制上电时序和电平转换。由此，模块化的COMe模块使用便捷、易于二次开发、接口数量充足，提升了COMe模块的维护性、灵活性和生命周期，并规避了国外处理器交付周期长、维修成本高的问题，能够做到自主可控。

需要说明的是，对于具体的龙芯3号处理器101、龙芯7号桥片102和复杂可编程逻辑器件103的版本型号，本申请不做限定。为便于理解，后续以龙芯3号处理器为龙芯3A5000，龙芯7号桥片为龙芯LS7A2000为实施例展开说明。

参见图1B，该图为本申请实施例提供的另一种COMe模块的示意图。

由图可知，该COMe模块200主要是由3A5000CPU201、LS7A2000桥片202、CPLD203、连接器204、VBIOS Flash205（即显卡基本输入输出系统模块固件）和BIOS Flash206（即基本输入输出系统固件）组成。也就是说，在图1A所示的COMe模块100的基础上，添加了连接器204、VBIOS Flash205和BIOS Flash206。

可以理解的是，在COMe模块200上电工作时，3A5000CPU201启动系统盘内的操作系统。当操作系统加载完成，3A5000CPU201即可通过HT1接口访问LS7A2000桥片202上引出的接口上的设备信息。

具体的，连接器204为板对板的连接器，可以适用于多数交换机底板，也可以让用户根据自身需求和连接器的定义开发扩展底板。示例性的，可以采用QT012206-1031-2H型号的连接器。

VBIOS（Video BIOS，视频BIOS或显卡BIOS）固件是用于引导加载操作系统的固件，通常存放于闪存Flash中，即VBIOS Flash205。

BIOS（Basic Input/Output System）即基本输入输出系统。BIOS的内容主要是有关微机系统最重要的基本输入输出程序、系统信息设置程序、开机上电自检程序、系统启动自举程序以及一些控制基本输入输出设备的中断服务例程等，通常存放于闪存Flash中，即BIOS Flash206。

具体的，3A5000CPU201和LS7A2000桥片202通过HT1总线连接，以进行数据通信；CPLD203和3A5000CPU201通过第一对外接口连接，和LS7A2000桥片202通过第二对外接口连接。CPLD203用于与3A5000CPU201和LS7A2000桥片202进行信号交互，以控制上电时序和电平转换。

在一些具体的实现方式中，上述第一对外接口包括UART接口、GPIO接口和SPI接口中的任意一种，第二对外接口包括UART接口、GPIO接口、SPI接口和ACPI接口中的任意一种。参见表1，该表为本申请实施例提供的一种接口及接口解释的示意表。

表1

可以理解的是，对于采用CPLD203构建COMe模块的有益效果主要有以下几点：第一方面，CPLD203能够控制COMe模块200的各个核心器件信号的上电时序，例如可以通过3A5000CPU201和LS7A2000桥片202中的使能信号，或其他器件的工作信号等控制上电时序，极大的提高了COMe模块以及COMe模块对应的设备（例如计算机设备）的稳定性。第二方面，CPLD203在串口方面也起到了速率适配和端口管理的作用。第三方面，CPLD203还具有电平转换的功能。具体的，CPLD203中包括几个BANK电压，BANK电压可以去配置对应的I/O口的电压，比如从3A5000CPU201出来的CAN信号或者UART信号等都可以通过CPLD203转换成相对应的电压输出给外部。由此，可以减少电源芯片的使用的数量，不仅可以降低原材料的成本，还可以提高信号的质量。第四方面，CPLD203还具有低功耗、易上手，保密性高，方便检修等特点。

如图1B所示，LS7A2000桥片202除了上述第一对外接口和第二对外接口，还引出第三对外接口。示例性的，第三对外接口可以包括PCIE接口、GbE接口、USB2.0接口、USB3.0接口、SATA3.0接口、HDA接口、I2S接口、LPC接口、HDMI接口、VGA接口和CAN接口中的任意一种或多种。LS7A2000桥片202通过第三对外接口和连接器204连接。参见表2，该表为本申请实施例提供的另一种接口及接口解释的示意表。

表2

具体的，对于上述接口的性能指标可以如下：第一，PCIE 3.0接口，每组PCIE高速线路带宽为8Gbps（交换带宽），总接口总传输速率为224Gbps。1个PCIE3.0x8接口可配置为2个PCIE3.0x4接口独立使用，1个PCIE3.0x4接口可配置为4个PCIE3.0x1接口独立使用。另外，1个PCIE3.0x2接口还可以配置为2个PCIE3.0x1接口独立使用；第二，GbE接口的传输速度为1000Mbps；第三，USB 2.0接口的最大传输速率为480Mbps，USB3.0接口的最大传输速率为5Gbps；第四，SATA 3.0接口的最大传输速率为6Gbps，支持SATA 1.5Gbps和3Gbps的传输。需要说明的是，对于具体的接口性能指标，本申请不做限定。

连接器204除了通过第三对外接口和LS7A2000桥片202连接之外，还可以通过第四对外接口和CPLD203连接。示例性的，第三对外接口可以包括GPIO接口、UART接口和SPI接口中的任意一种或多种。第四对外接口可以包括GPIO接口、UART接口和SPI接口中的任意一种或多种。

由图1B可知，COMe模块200还包括：VBIOS Flash205和BIOS Flash206。具体的，VBIOS Flash205和LS7A2000桥片202可以通过SPI接口连接，BIOS Flash206和LS7A2000桥片202也可以通过SPI接口连接。

VBIOS Flash205和BIOS Flash206可以根据COMe模块200的中标麒麟、银河麒麟等操作系统选择对应的固件，更改固件配置。由此，通过VBIOS Flash205更改VBIOS固件配置，可以设置COMe模块200的初始分辨率，和，分配COMe模块200的接口等。通过BIOS Flash206更改BIOS固件配置，可以提升COMe模块200的启动速率等。

参见图2，该图为本申请实施例提供的一种电源状态时序图。参见图3，该图为本申请实施例提供的一种上电时序图。参见图4，该图为本申请实施例提供的一种标记符说明示意图。CPLD对电源的时序控制具体如该上电时序图所示。图2中，S0表示设备工作状态，S3表示设备休眠状态。

如图所示，COMe模块采取了S0-S3模式，只保留了开关机和休眠两种设备电源状态。休眠模式下的COMe模块对应的设备除了内存之外的所有器件均停止工作。在S3模式下，可以在COMe模块对应的设备不断电不关机的情况下，更换其外部设备，从而减少开关机的时长。且在S3模式下，去通过外设唤醒设备是不可能的，只能通过按下电源键才能唤醒设备，从而可以达到减少龙芯3号处理器、龙芯7号桥片和其它外设长期供电不使用导致的器件寿命衰减变快。

综上所述，本申请提供了一种基于龙芯处理器的COMe模块，包括：龙芯3号处理器、龙芯7号桥片、复杂可编程逻辑器件CPLD、连接器、显卡基本输入输出系统模块固件和基本输入输出系统固件。该COMe模块采用模块化设计，使用便捷、易于二次开发，可以运行银河麒麟以及其他开源国产操作系统。并且，龙芯3号处理器和龙芯7号桥片可以使用的外出信号接口丰富且数量充足，比如USB接口、PCIE接口、CAN接口等主流信号接口等，并且将各个元器件剩下的UART接口、I/O接口和PCIE接口等接口均接到连接器上，其中PCIE接口会预留可以进行拆分的PCIE接口，这样可以多挂一些PCIE设备。由此，提升了COMe模块的维护性、灵活性和生命周期，并规避了国外处理器交付周期长、维修成本高的问题，能够做到自主可控。

相应的，本发明还公开了一种计算机，包括如前述实施例中所介绍的一种基于龙芯处理器的COMe模块100。

参见图5，该图为本申请实施例公开的一种计算机的示意图。该计算机500除了COMe模块100，还包括供电单元501，与COMe模块100连接，供电单元501在COMe模块100启动工作的同时，为COMe模块100提供必要的电能，以支持龙芯3号处理器、龙芯7号桥片和复杂可编程逻辑器件CPLD等元器件的上电工作。

需要说明的是，此处的COMe模块100也可替换为COMe模块200，对此，本申请不做限定。

本发明实施例所提供的一种计算机，具有前述所介绍的一种基于龙芯处理器的COMe模块所具有的有益效果。

应当理解，在本申请中，“至少一个（项）”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项（个），可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。