WBT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、發(fā)展與設(shè)計(jì)概要

摘要：本文主要介紹WBT的發(fā)展?fàn)顩r、系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)；并給出一實(shí)際
產(chǎn)品的系統(tǒng)框圖。

關(guān)鍵詞：綠色 嵌入式 X86兼容 WBT GX1

前言

WBT（Windows-based Terminal，簡(jiǎn)稱圖形終端）是近年來發(fā)展極為迅速的一種PC分支，因其具有零維護(hù)、高可靠、防病毒、免升級(jí)等諸多特點(diǎn)，已被世界各大PC廠商廣為采納；在國(guó)內(nèi)，聯(lián)想、實(shí)達(dá)、清華同方等IT大廠也不甘人后，紛紛推出諸多各具特色的產(chǎn)品。

眾所周知，IA產(chǎn)品非常注重價(jià)格（Price）、性能（Performance）和功耗（Power）的3P優(yōu)化，WBT作為一種典型的IA產(chǎn)品，在這些方面的表現(xiàn)尤為突出，根據(jù)筆者的實(shí)際測(cè)試，有些產(chǎn)品的3P參數(shù)相當(dāng)令人滿意，在銀行、金融、證券等特種行業(yè)發(fā)展之快，已大有取代無盤工作站之勢(shì)。

WBT發(fā)展歷程

從Intel在97年推出Pentium MMX(俗稱430TX）并確立南、北橋概念起，主板芯片組因應(yīng)低價(jià)PC的興起，經(jīng)過長(zhǎng)期的發(fā)展，產(chǎn)生了整合型芯片組(Integrated Chipset)。

所謂整合型芯片組，以1999年到2000年的定義而言，傳統(tǒng)的北橋芯片整合了2D/3D繪圖顯示芯片的功能，另外南橋芯片也整合了 Super I/O,AC97 等線路或規(guī)格，這種整合顯示功能的芯片組，以威盛（VIA）的 Apollo MVP4,SiS（硅統(tǒng)）的620,630 ( SLOT1/Socket370),以及 Intel 810/815e 芯片組最為著名。

除整合型芯片組外，還有一種被稱為 SoC (System On Chip ) 的整合單芯片，它除了整合傳統(tǒng)的北橋芯片、顯示電路之外，甚至連 x86 結(jié)構(gòu)的處理器都整合進(jìn)去，整臺(tái)計(jì)算機(jī)幾乎只要一塊芯片（或搭配少數(shù) IC 芯片) 就可以搞定，最著名的當(dāng)數(shù)美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體（NS - National Semiconductor ) 的Geode 系列處理器。

Geode 系列處理器有三大市場(chǎng)定位：STB、WBT、WebPAD。本文主要介紹針對(duì)WBT的GX1系列處理器。

GX1系列處理器簡(jiǎn)介

Geode GX1是兼容Cyrix GX的32位X86芯片，擁有典型第六代CPU的特點(diǎn)，載入/存儲(chǔ)單元可以對(duì)load/store操作進(jìn)行重新排序，單周期和單指令解碼能大幅提高CPU指令執(zhí)行的效率。

NS本來是一間專業(yè)的半導(dǎo)體廠商，本身并不生產(chǎn)CPU，為了進(jìn)軍IT產(chǎn)業(yè)，NS出巨資收購(gòu)了當(dāng)時(shí)聲威顯赫的三大CPU（PC）廠商之一的Cyrix公司，在得到所有的Cyrix CPU制造技術(shù)之后，便將當(dāng)時(shí)利潤(rùn)日漸走低的傳統(tǒng)PC業(yè)轉(zhuǎn)手賣給VIA，只留下具有更大發(fā)展前途的整合型芯片技術(shù)，這就是為什么說GX1是兼容Cyrix X86芯片的由來。

概括說來，GX1具有以下一些基本特性：

1、0.18微米四層金屬CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）處理，完全靜態(tài)設(shè)計(jì)。

2、UMA（Unified Memory Architecture，統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)），以主內(nèi)存作為帖緩存和視頻內(nèi)存，減少PCB（printed circuit board，印刷電路板）需求和成本。

3、32位X86處理器，集成FPU（Float Point Unit，浮點(diǎn)運(yùn)算單元）、MMU（Memory
Management Unit，內(nèi)存管理單元）。

4、支持多種標(biāo)準(zhǔn)：APM（Advanced Power Management，高級(jí)能源管理）、ACPI（Advanced
Configuration and Power Interface，先進(jìn)設(shè)置和電源管理）兼容所有標(biāo)準(zhǔn)處理器（C0-C4
級(jí)）狀態(tài)、主動(dòng)型On Now設(shè)計(jì)。

5、直接支持三種PCI總線主控，允許PCI控制存取主內(nèi)存與CPU存取L1緩存同時(shí)進(jìn)行。

6、提供兼容VGA的XpressGraphics虛擬圖形子系統(tǒng)，純硬件GUI（Graphics User
Interface，圖形用戶界面）加速。

7、16位XpressAudio虛擬音頻子系統(tǒng)：16位混音FM合成、OPL3模擬、MPU-401 MIDI接口。

8、多種操作系統(tǒng)支持，包括：微軟Windows 95/98/2000/NT/CE/NTE，WindRiver System
的VxWorks，QNX Software Systems的QNX和Linux。

由以上特點(diǎn)可知，GX1的確稱得上是一款性能相當(dāng)優(yōu)異的處理器，我想，這也許就是為
什么在Transmeta（全美達(dá)）推出Cursoe處理器之后，NS仍然堅(jiān)持出品GX1的主要原因吧。

WBT設(shè)計(jì)概要

由于WBT在應(yīng)用對(duì)象上不同于傳統(tǒng)的PC，所以在其整機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上有一些需要注意和明確的事項(xiàng)，下面我們分兩部分進(jìn)行討論：

一、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明：

眾所周知，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，因此，在開始進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)前，我們必須明確一些事實(shí)上的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

1、 低功耗。

WBT之所以被稱為綠色PC，就是因?yàn)槠浜碾娏肯喈?dāng)?shù)?；但是，由于各個(gè)公司的設(shè)計(jì)方法不同，其成品機(jī)在這方面的指標(biāo)差異也是很大的，大約從5W~20W不等，其間竟相差4倍之多。

2、 小體積。

體積的逐步減小是現(xiàn)代PC發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，其最明顯的優(yōu)點(diǎn)就是攜帶移動(dòng)方便、成本也可以降低。由于GX1及其工作伴侶CS5530A均為BGA封裝，加之Super I/O芯片PC97317封裝也較大，所以，在機(jī)內(nèi)不加散熱風(fēng)扇的話，要想減小體積就必須在外圍電路上下足工夫，具體操作時(shí)可根據(jù)實(shí)際需要對(duì)外設(shè)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h減，目前這方面做得好的機(jī)型其體積均小于150X100X30mm。

3、 高性價(jià)比。

雖然性能與價(jià)格是矛盾的對(duì)立統(tǒng)一體，但是，針對(duì)WBT卻有必要值得一提。按照常規(guī)設(shè)計(jì)思維，對(duì)性能和成本的取舍是很難把握的，而WBT由于必須借助服務(wù)器才能完成一定的任務(wù)操作，在這里就有了一個(gè)相互適應(yīng)與影響的問題；一般而言，考慮到靈活性和方便性，整個(gè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的性能提高主要是靠提升服務(wù)器的性能來實(shí)現(xiàn)的，這就對(duì)WBT工作速度的性能要求相對(duì)要低一些，同時(shí)又可取得降低系統(tǒng)功耗和成本的目的，可謂是一舉兩得！現(xiàn)在市面流行的主流處理器為GX1 300MHz，經(jīng)筆者進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，相對(duì)GX1 200MHz處理器其綜合性能并未大幅提高，而價(jià)格卻要高出幾個(gè)美金。

以上是筆者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的一些個(gè)人體會(huì)，下面筆者給出一實(shí)際WBT產(chǎn)品的完整系統(tǒng)框圖：

由于篇幅有限，原理圖在此略去。

為了讀者在進(jìn)行類似系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)少走彎路，特請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)：

1、 由于GX1系列處理器的頻率調(diào)整是靠CPU的CLKMODE0、CLKMODE1、CLKMODE2三個(gè)管腳分別接不同的電平來實(shí)現(xiàn)的（具體調(diào)整方法見表一），故在PCB板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將其設(shè)計(jì)為跳線組合式結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同頻率的CPU。

2、 在采用GX1 200MHz 處理器時(shí)，雖然在其DATASHEET上標(biāo)明vcc2的工作電壓為1.6V，但由于芯片本身制程的原因，在此電壓下工作，有時(shí)畫面會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的波紋現(xiàn)象，最好將其調(diào)整為1.8V下工作。另外，在系統(tǒng)電源供電不足的情況下，也會(huì)出現(xiàn)波紋現(xiàn)象，值得注意的是此故障原因很難被發(fā)現(xiàn)！

3、網(wǎng)絡(luò)部分的濾波變壓器和RTC8139C、RJ-45插座的連線必須短而粗，否則，即使電路設(shè)計(jì)無誤，網(wǎng)絡(luò)也不能正確連接。

4、 為保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，在進(jìn)行PCB板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在主要芯片下部預(yù)留散熱孔，
以利芯片散熱。

二、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明：

由于GX1系列處理器支持WinCE、Linux等諸多操作系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)BIOS程序時(shí)，首先要考慮硬件驅(qū)動(dòng)程序的兼容性。特別是在系統(tǒng)為減小體積和成本而取消CMOS信息保護(hù)電池時(shí)，各種硬件的默認(rèn)參數(shù)值必須考慮周全。

WBT存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)一般有以下三種：

1、BIOS;

2、BIOS + DOC;

3、BIOS + DOM/FDM.

其中，以第一種成本最低，但程序編寫難度也最大；第三種次之；第二種成本最高?，F(xiàn)在市面上的機(jī)型主要為后兩種。

由于軟件編寫的靈活性較大，讀者可根據(jù)自己的具體情況自由發(fā)揮，但有一點(diǎn)，對(duì)WBT來說，短小精悍的程序一定可以左右整個(gè)系統(tǒng)的成本。

結(jié)語(yǔ)

WBT的設(shè)計(jì)從本質(zhì)上說類似于PC主板的設(shè)計(jì)，它采用的也是整合芯片組，只不過功耗和體積較小而已，而其外設(shè)接口，如串、并口；USB;鍵盤/鼠標(biāo)等一應(yīng)俱全。所以，熟悉和掌握WBT的設(shè)計(jì)方法，無疑會(huì)使我們進(jìn)一步加深對(duì)PC體系結(jié)構(gòu)的認(rèn)知和了解！