关于基于龙芯3A1500的计算加速模块的设计方法.doc
《关于基于龙芯3A1500的计算加速模块的设计方法.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《关于基于龙芯3A1500的计算加速模块的设计方法.doc(6页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、关于基于龙芯3A1500的计算加速模块的设计方法0 引言军事技术信息化越来越深入的今天,传统加固计算机只依靠CPU进行数据处理的方式已不能满足对高速计算的高要求,对于研发高性能数据处理能力的计算机技术的需求已愈发强烈。遵守加固计算机通用化、系列化、模块化的设计思路,在现有通用计算机平台上,兼容现有标准体系,提升计算机处理能力,是现在重点研究的方向。国际上对高速计算技术已发展的比较成熟,不断发布高速处理器及GPU协助计算方法等,计算加速效果非常良好。但国外提供的软硬件存在安全隐患,可能在处理器及软件系统中被设置后门和漏洞1,使我方设备及数据安全性受到严重威胁。深刻挖掘我国自有技术潜力2-3,开发
2、自主可控的具有高速计算能力的技术至关重要4。本文提出一种基于国产龙芯处理器的计算加速技术,采用3A1500+2FPGA的模式,搭配我国自主开发的麒麟操作系统,能够在软件硬件方面达到自主可控,满足对高速计算技术的需求。1 设计思路为了提高计算处理模块的通用性,兼具FPGA计算定制能力和CPU操作系统兼容性,CPU+FPGA的模式5-6可以充分发挥龙芯平台的特长,又可弥补高性能计算方面不足,是一种适合现有军用需求的设计思路。本设计名为基于龙芯3A1500的计算加速模块,简称计算加速模块。2 硬件设计基于龙芯3A1500的计算加速模块功能框图如图1所示,以龙芯3A1500处理器为核心7,搭配AMD
3、780E+SB710芯片组,构成模块硬件主框架。计算加速模块采用高速DDR3内存芯片,结合两片高性能FPGA芯片,以提供高性能的计算能力。本模块制版采用标准6U VPX总线架构,具有较强的抗恶劣环境能力,适用于对计算能力要求较高的舰载、车载设备。龙芯3A1500处理器为龙芯系列4核处理器,最高工作频率1 GHz,片内集成2个64位400 MHz的DDR3控制器、2个16位800 MHz的HT控制器。龙芯3A1500的双HT总线接口为连接FPGA,以提高计算能力的方式提供了高速接口。计算加速模块采用AMD 780E芯片作为主模块的北桥,通过北桥的HT总线接口与龙芯3A1500处理器连接;通过DD
4、R3显存芯片实现显示存储空间的扩展;通过北桥PCIE X1接口与Inteli210千兆网络芯片连接;利用北桥A-LINK高速总线,实现与南桥的互联。此外,北桥芯片还提供1路PCIE X16接口(可拆分为2路PCIE X8)和1路PCIE X2接口,用于系统内的功能模块扩展,并连接于VPX连接器;北桥提供显示功能,支持VGA及DVI显示接口。南桥内部集成丰富的功能外设接口,包括高速A-LINK、USB、SATA以及LPC接口等,USB、SATA接口可直接从南桥输出,PS/2接口可通过南桥的LPC总线挂接SuperIO实现。为实现较强的计算能力,计算加速模块搭载两块FPGA芯片,FPGA芯片采用X
5、ilinx公司的高性能VIRTEX-6。FPGA0通过HT总线与龙芯3A1500实现通信,并通过PCIE X8总线与北桥780E连接,外出两路RapidIO X4高速串行总线,满足高速数据交换的需求。FPGA1通过PCIE X8总线与北桥780E连接,外出一路RapidIO X4高速串行总线。2.1 电源电路设计电源作为电路运行的动力和载体,电源设计是电路设计的基础。合格的电源设计,需要在充分了解各器件及电路需求的前提下,配备好各电源电压、功耗分配、纹波干扰等。通过本设计供电电路及转换电源,提供各器件工作所需电压,具体的电源分配如图2所示。本模块涉及电源种类较多,设计思路为通过统一电源供电,在
6、模块设计各种电源转换电路,提供各器件工作所需各电压。在本设计中,依据VPX架构的特点,电源输入统一由12 V供电,理论上可提供300 W以上的功率,而本模块功耗在60 W以内,可满足功耗需求。CPU核心电压CPU_1.1V由12 V直流电源经DC-DC模块转化而来,最高可提供30 A 1.1 V电源。12 V经DC-DC模块转化为1.5 V、2.5 V、1.0 V,分别给予内存、FPGA供电。5 V电压由12 V转化提供,后经过LDO芯片转化为其他板级电压。2.2 时钟电路设计本设计中时钟设计涉及器件主要有龙芯3A1500、南北桥及FPGA芯片。龙芯3A1500处理器通过外部的晶振等时钟源提供
7、其所需的工作时钟;外接的14.318 MHz晶体通过外部时钟发生器,为南桥、北桥以及PCIE设备提供其所需的工作时钟,模块的时钟分配见图3。2.3 复位电路设计原理本设计采用MAX706决定整个模块的复位。首先上电复位后由VPX连接器提供电源和原始的复位信号,主模块中MAX706负责完成对CPU、南桥和外围电路的复位工作,芯片内部集成严格的时序逻辑控制电路,可以保证系统按照严格的时序进行复位,完成稳定启动。系统可以通过CPU的GPIO信号控制系统整体复位。系统复位电路原理框图如图4所示。2.4 DDR3电路设计原理为提高模块抗恶劣环境能力,计算加速模块内存采用全板载DDR3颗粒实现双通道设计方
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 关于 基于 A1500 计算 加速 模块 设计 方法
链接地址:https://www.31doc.com/p-3388207.html