1项目背景及对嵌入式主板的需求分析

“双频RFID读写器设计”课题的总体目标是，设计一台能够识别遵守13.56 MHz和902～928 MHz频段的EPC规范标签的读写器。它的硬件体系是一个信息处理平台通过扩展子板上的扩展接口外接多个RFID读写模块与无线通信模块。原有的读写器必须通过串口或者网络接口用外部电缆的方式与PC机进行互连，由PC机进行读写器的配置、管理以及信息处理，而且相对单一的有线通信方式也常常受到实际现场环境的限制。本读写器完全突破了原有读写器的种种瓶颈，采用数据采集与信息处理一体化的设计思想；同时支持多种不同的通信方式——有线及无线通信，通过内部设计的模块化，可以完全根据应用场景需求进行定制。

读写器主要由4个部分组成，其中每一个部分又划分为小的模块：

① RFID读写模块。读写器所支持的频段包括13.56 MHz和915 MHz。

② 通信模块。读写器可以同时支持Ethernet网接口、GPRS、CDMA等多种不同的通信模式，同时也可以对通信模块进行功能定制。

③ 电源模块。

④ 信息处理平台。考虑到课题研发周期较短，为了充分利用已有的软硬件资源及经验，以x86 CPU为核心设计一个嵌入式主板（单板机）。

2总体方案

考虑到开发周期、成本及今后扩展的需要，CPU采用 Intel公司主频为400/650 MHz的PIII级芯片UltraLow Voltage Intel Celeron Processor (0.13 μm)。芯片组选用VIA公司的PN133T南北桥芯片组： 北桥为VT8606，支持100 MHz前端总线；南桥为VT82C686B。主板总体架构如图1所示。

主板的CPU和北桥部分实现如下功能：CPU与北桥通过前端总线（FSB）相连， 南桥芯片的双向控制和数据读写功能；北桥与南桥间PCI总线通信（南、北桥通过PCI总线相连），北桥与SODIMM内存的控制和数据读写功能；北桥集成的显示功能VGA和LCD输出电路。可以通过PCI总线扩展一系列子卡以及1块10/100M自适应网卡。考虑到成本等因素，主板上未留出PCI插槽而直接将网卡与南桥芯片连接。

图1主板总体框图

Intel公司的ULV Celeron400具有低价格、高性能的优点。它基于0.13 μm PIII铜工艺核心，采用更有利于小型设计的微FCBGA封装（Micro FCBGA packages）；支持X86、SIMD、MMX指令集；支持100 MHz前端AGTL总线，核心电压仅为0.95 V。

VT8606芯片是VIA公司主要应用于高集成Mobile PC主板的一种集成PROSavage显示核心，内置133/100 MHz DRAM控制器，SMA支持，支持VIA C3及Intel Celeron 和 Pentium III / IIIM (Tualatin) CPU的高性能北桥控制芯片。它集成了高性能的ProSavage显示核心，支持VGA、LCD、TV三种输出接口，适合采用小TFT显示板的小型工业应用。

3嵌入式主板外围接口设计

北桥的连接相对简单；南桥扩展了很多外围接口，功能较复杂。以下主要讨论南桥的外围接口设计。

3.1南桥芯片VT82C686B介绍

VT82C686B是威盛公司的一款高集成、高性能、低功耗，并且具有高兼容性，能够支持Intel或者不是Intel的处理器到PCI总线的南桥芯片。为了增强ISA总线功能，VT82C686B包括了标准的外设控制器，具有如下功能：

◆ 支持双通道DMA模式的增强型IDE控制器；支持UltraDMA33/66/100标准。

◆ 集成USB根集线器，提供4个USB v1.1功能接口。

◆ 支持PS2鼠标的键盘控制器。

◆ 带有256字节CMOS的实时时钟。

◆ 笔记本级别的电源管理模式，支持ACPI和APM需求。

◆ 硬件监测子系统可以显示管理系统/主板电压、温度以及风扇转速。

◆ 全部系统管理总线(SMBus)接口。

◆ 内部集成超级I/O控制器。提供2个全功能异步串口控制器，且第2个串口支持红外功能；多功能并口(标准模式、ECP/EPP支持)；带有16字节的FIFO的软盘控制器接口，传输速率可达1 Mbps。

◆ 完整的PCI总线控制。

◆ 提供2个GAME端口和1个MIDI端口。

◆ PCI到ISA桥转换，集成DMA、时钟、中断控制器的ISA总线控制器。

◆ 通过内部操作可与VIA及其他公司的HOSTPCI桥（北桥）相连。

◆ 分布式DMA功能。

◆ 支持所有的PCI中断和内部中断等。

◆ 内部I/O高级可编程中断控制器(APIC)。

◆ 即插即用控制器。

◆ 内建NAND树引脚扫描测试功能。

◆ 0.35 μm工艺，3.3 V电压，低功耗，CMOS工艺，27 mm×27 mm,352脚，BGA封装。

VT82C686B也可以增强标准ISA外设的功能。完整的中断控制器支持从通道到通道的边沿或者电平触发。为了适应PCI2.2规范，VT82C686B支持延时处理和小能量管理，避免了低速的ISA外设妨碍其与PCI总线的传输。该芯片包括8级别的队列缓存。

3.2PC/104扩展接口设计

PC/104接口给主板提供ISA总线接口信号的功能，南桥芯片VT82C686B提供了全部ISA总线的接口信号，故不需要再外接接口芯片。

PC/104与南桥芯片之间的连接关系如图2所示。

图2PC/104与南桥芯片的连接关系

PC/104的接口电路控制信号及功能说明如表1所列(地址与数据线图2中已标出)。

表1PC/104接口电路控制信号及功能

3.3硬盘及CF卡接口设计

南桥芯片VT82C686B提供了主从两个硬盘控制器，主控制器用于扩展硬盘接口。 考虑整个主板的设计， 将CF卡作为存储程序和数据的第二硬盘，电路如图3所示。CF卡可工作在3种模式：I/O模式、存储器模式和真硬盘模式。3种模式通过ATA SEL引脚选择，因此，引脚ATA SEL直接接地以将CF卡设计成工作于真硬盘模式；引脚CSEL直接接地将CF卡设置成第二硬盘主IDE；数据总线D00～D15接第二硬盘数据总线SDD0～SDD15；I/O读写控制信号IORD、IOWR接第二硬盘的读写控制信号SDIOR、 SDIOW； DMARQ、 DMACK为DMA请求和应答信号，接第二硬盘控制器的相应引脚SDDREQ、SDDACK；I/O准备好信号IORDY接第二硬盘的SIORDY；引脚CS0（任务寄存器选择信号）和CS1（状态寄存器选择信号）相应地连接到南桥VT82C686B的 SDCS1#和SDCS3#；引脚CD1和CD2不用连接，因为它们是用于指示CF卡是否存在的，通过CF卡内部接地；引脚WE在真IDE模式下无作用，接到VCC；引脚VS1接到内部地以指出CF卡使用3.3 V工作电压；引脚VS2保留暂时不用。PDIAG是主从握手信号，接南桥的SD33_66引脚；DASP也是主从握手信号，表示CF卡存在，可不接；INTRQ是中断请求信号，接南桥的中断输入端IRQ15；RESET为复位信号，接南桥的硬盘复位输出IDERST#；IOCS16用于指示传输16位数据，在本设计中未用；在地址总线A00到A10中，仅A00、A01和A02用来选择CF卡内部寄存器，接第二硬盘的地址线SDA0～SDA2，其他地址引线不用，均接地。

图3CF卡硬件连接图

其他接口,如软驱接口、串行接口、USB接口、并行打印接口、键盘鼠标接口、FIRWARE接口都由南桥提供的集成外围接口功能直接提供，引出接插槽即可。

4结论

整个嵌入式主板电路设计完成后，由PCB专业设计部门设计了12层PCB板，经过元件焊接和检查调试后，交付给课题组使用。整个项目的硬件框图如图4所示。

图4主板电路硬件框图

经过课题组的使用表明，该嵌入式主板性能稳定可靠，易于扩展。目前整个课题已通过了科技部专家组的验收。