PC104工业控制计算机在国内嵌入式应用领域占据了较大的市场份额。但是,国内PC104产品的核心集成电路,如处理器和芯片组等,全部依赖进口。研究开发高性能工业控制计算机系统芯片,实现核心元器件的自主研制,对提高我国PC104工控系统产品的竞争能力和持续研发能力,具有非常重要的意义。 作者结合国防“十五”预研课题(项目编号41308010307),参与完成了PC104工控系统SoC芯片“龙腾S1”的研制。 论文主要工作如下: 1.分析了“龙腾S1”系统芯片的整体结构,确定了系统控制器在整个芯片内的作用和功能,分析了系统控制器中各个IP功能模块的功能,提出了系统控制器的设计方案和组织结构。 2.完成了系统控制器总线控制单元中总线仲裁逻辑、完成数据拆分与重组的数据控制逻辑、存储系统控制部件、微处理器总线操作类型的访问控制逻辑、PC104总线时序控制器等模块的设计。 3.分析了SDRAM芯片(MT48LC16M16A2TG-75IT)的结构和工作原理,确定了内存SDRAM控制器的内部结构和工作流程,完成了内存SDRAM控制器的控制通路和数据通路设计。 4.对系统控制器中自行设计的IP功能模块,如DMA控制器、中断控制器进一步改进,使其能够集成到系统芯片的整体结构中。提出了基于事务的系统控制器功能点覆盖率验证方案,完成了系统控制器的功能验证和系统仿真。 5.设计“龙腾S1”芯片的FPGA原型验证平台,并以此为基础,设计并实现了基于“龙腾S1”芯片的PC104工控机主机单板。 目前,“龙腾S1”系统芯片已经成功流片,该芯片集成了486DX2兼容微处理器以及系统控制器和外设控制器等。基于“龙腾S1”芯片的PC104工控机主机单板稳定运行了DOS6.22操作系统和典型应用程序,并在某型号无人机飞行控制系统中顺利完成了应用验证。