一种功能可变的可穿戴计算机主板制造技术

本发明专利技术提出一种功能可变的可穿戴计算机主板，针对可穿戴计算机多变的应用需求和现有技术实现方法存在的功能单一、性能升级和功能扩展不便方面的不足，通过将ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ／ＦＰＡＡ等具有可重复编程特点的芯片连接在可穿戴计算机主板的多种接口与总线上，利用其可编程的特点，针对多种功能需求进行定制，使ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ具有在板可重构功能，将原来的更换芯片、器件等“硬件变动”转化为ＩＰ核重置内容重写的“软件变动”，易于升级，以缩短开发周期，提高适用性，降低开发成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子信息领域，涉及电子工程技术、计算机技术，具体是一种功能可变的可穿戴计算机主板。
技术介绍
可穿戴计算是一项新兴的计算技术，处于日新月异的发展时期，以将计算机穿戴在用户身上为手段，实现人机紧密耦合，力求让计算机更自然的为人提供体力、智力方面的辅助和增强。一般个人计算机的部件已发展得非常成熟，但是可穿戴计算机由于其在可穿戴性、功耗、人机交互特性等方面的特殊需求，使其不能使用一般的PC部件，在系统设计上也与一般的便携用途的笔记本电脑、超便携电脑(UMPC/MID)不同。目前国际上还没有推出穿戴计算系统及其部件、接口等方面的标准，其所采用的专用器件也比较缺乏，各类可穿戴计算机所采用的主板大多为PC104工控板或少部分的UMPC主板，在形态、功能、功耗等方面并不能满足可穿戴性等方面的需求。同时，可穿戴计算机的应用多样且多变，受其“瘦客户”特性所限，可穿戴计算系统的一些特定功能的实现，需要进行主板级变动，从而导致开发周期长、成本高，技术难度大。为使其在不进行硬件修改的条件下支持不同的功能和性能需求，降低成本，提高应用的适应性，需要一种功能可变的主板，以满足可穿戴计算机的多种应用需要，适应可穿戴计算机发展的需求。一般笔记本计算机和UMPC/MID类的计算机，皆采用系统综合控制器/嵌入式控制器(SMC/EC)来检测键盘输入、提供屏幕亮度控制、音量控制、无线网络开关等方面的控制，该类SMC/EC皆采用H8 2117等LPC总线的专用单片机来实现，对于部分穿戴应用来说，这些功能是固定的，不能被用户在线改写、扩充以满足穿戴仪器、穿戴传感、穿戴监控等方面的应用需求。现场可编程逻辑门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD、现场可编程模拟门阵列FPAA等可编程器件，其设计方便灵活，资源丰富，开发周期短，用户可根据需要定制特定功能，不需要流片，就可得到合用的芯片。并且由于这些可编程逻辑器件的可擦除和可编程特性，易于升级和扩展，适合可穿戴计算机在此方面的需要。目前有部分工控板上放置有FPGA芯片，但主要用来实现加密、通信协议等特定功能，也有极少数用FPGA来实现北桥功能，但其功能相对固定，且并没有将其应用到可穿戴计算机主板上的先例。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对可穿戴计算机多变的应用需求和现有技术实现方法存在的功能单一、性能升级和功能扩展不便方面的不足，提出一种功能可变的可穿戴计算机主板，通过将FPGA/CPLD/FPAA等具有可重复编程特点的芯片连接在可穿戴计算机主板的多种接口与总线上，利用其可编程的特点，针对多种功能需求进行定制，使FPGA/CPLD具有在板可重构功能，将原来的“硬件变动”(更换芯片、器件等)转化为“软件变动”(IP核重置内容重写)，易于升级，以缩短开发周期，提高适用性，降低开发成本。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种功能可变的可穿戴计算机主板，包含PCB板、X86处理器、X86芯片组(北桥、南桥、南北桥SOC、CPU南北桥SOC)、显示核心(图形处理器)、可变功能芯片、AD/DA、Flash/EEPROM、内存、电压调节器，其中的可变功能芯片可采用现场可编程逻辑门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD、现场可编程模拟门阵列FPAA或者半定制ASIC实现，所述芯片焊接或插接到可穿戴计算机主板上，并与主板上其它部件连接，作为主板的一个可重构功能的芯片，通过采用硬件描述语言、原理-->图、状态机输入法进行输入，或将采用已有IP核输入，下载到所述可变功能芯片内，实现用户的自定义逻辑功能。所述可变功能芯片可接至X86系统内存(SDRAM/DDR/DDR2/DDR3等)、VGA、LVDS、HDMI、DVI、LAN、USB、IDE、CF、SATA、SPI、LPC、PCI、GPIO、Smbus、I2C、MMC、SD、COM、LPT总线上，通过这些总线中的一种或者几种实现所述可变功能芯片与主板其它部件的通信。所述可变功能芯片对外可实现USB、LAN、VGA、LVDS、HDMI、DVI、GPIO、Smbus、I2C、IDE、CF、SATA、MMC、SD、COM、LPT和耳麦接口。所述可变功能芯片由时钟芯片或晶振提供各种时钟信号并通过PCB板上的差分时钟线与时钟芯片或者晶振相连，也可由片内的PLL锁相环等时钟模块生成时钟信号；所述可变功能芯片由主板上的电压调节器提供电源并通过PCB板上的电源线或电源铜层与电压调节器相连，也可由所述芯片内的电压调节器模块提供部分电源。所述可变功能芯片的编程下载有三种方式：一是外部编程下载方式，此方式下可变功能芯片的JTAG总线通过PCB线连接到主板上的JTAG接口，所述JTAG接口连接到机壳外部，由外部主机对其进行编程下载；二是内部转接编程下载方式，此方式下可变功能芯片的JTAG总线通过PCB线接至一个JTAG接口芯片，此接口芯片接至X86系统的USB、COM、LPT、LPC/SPI总线，由本系统(X86主机)对其进行编程下载；三是内部直接编程下载方式，此方式下可变功能芯片的JTAG总线模块与JTAG转接模块在可变功能芯片内部实现，所述可变功能芯片相关引脚通过USB、COM、LPT、LPC/SPI总线连接至X86系统，实现其编程下载。所述可变功能芯片可以外置Flash/EEPROM存储器，也可以采用内置Flash或者EEPROM的可变功能芯片。外置或内置方式的存储器都是可多次擦除的，以实现对可变功能芯片的重构，实现逻辑功能的改写。所述可变功能芯片内部包括配属模块组、接口模块组、存储模块组、片内CPU及片内总线控制器、显示核心模块、系统综合控制模块、自定义逻辑功能模块。所述配属模块组包括电压调节模块、时钟模块、JTAG总线模块、JTAG转接模块。其中，电压调节模块：用以生成一定占空比的脉冲序列，打开或关闭片外MOS管或三极管，给所述可变功能芯片或系统其它部分提供PWM电压；控制外部MOS管或三极管的打开和关闭，进行电源使能或上电时序管理；根据片内程序设置，提供可变功能芯片所需的各种电压。所述PWM电压值、上电时序的设置有三种方式，一是对可变功能芯片的引脚进行状态配置(拉高、拉低)，二是编程下载固化设置，三是X86系统通过本芯片的接口模块组在线设置。时钟模块：通过片内的锁相环PLL或分频倍频电路结构，提供可变功能芯片所需的各种时钟或者为外部系统提供时钟信号。JTAG总线模块：通过片内的符合JTAG协议的总线电路结构，提供对可变功能芯片编程下载的支持。JTAG转接模块：通过JTAG协议与USB、COM、LPT、LPC/SPI协议的转换电路结构，提供将可变功能芯片内的JTAG总线连接到相应接口或总线的支持。所述接口模块组包括：LAN接口模块、耳麦接口模块、GPIO接口模块、Smbus接口模块、I2C接口模块、MCC接口模块、SD接口模块、IDE接口模块、CF接口模块、SATA接口模块、AD/DA接口模块、COM接口模块、LPT接口模块、USB接口模块、VGA接口模块、LVDS接口模块、HDMI接口模块、VDI接口模块、PCI控制器、PCIE控制器、LPC控制器、SPI控制器。所述接口和控制器按相关协议标准编制或调用IP Core本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功能可变的可穿戴计算机主板，其特征是：由可变功能芯片、ＰＣＢ板、Ｘ８６处理器、Ｘ８６芯片组、显示核心、ＡＤ／ＤＡ、Ｆｌａｓｈ／ＥＥＰＲＯＭ、内存、电压调节器构成。

【技术特征摘要】
1.一种功能可变的可穿戴计算机主板，其特征是：由可变功能芯片、PCB板、X86处理器、X86芯片组、显示核心、AD/DA、Flash/EEPROM、内存、电压调节器构成。2.20.根据权利要求1所述的一种功能可变的可穿戴计算机主板，其特征是：所述系统可采用南北桥集成芯片，将北桥和南桥芯片集成于一颗芯片内，也可采用系统级SOC芯片，将南北桥集成芯片与CPU集成在一起。3.根据权利要求1所述的可变功能芯片，其特征是：所述可变功能芯片可采用现场可编程逻辑门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD、现场可编程模拟门阵列FPAA或者半定制ASIC实现，所述可变功能芯片焊接到可穿戴计算机主板上，并与主板上其它部件连接，作为主板的一个可重构功能的芯片，通过采用硬件描述语言、原理图、状态机输入法进行输入，或将采用已有IP核输入，并下载到所述可变功能芯片内，实现用户的自定义逻辑功能，并在主板上配以A/D、D/A器件，连接至可变功能芯片上，可变功能芯片可接至X86系统的内存、VGA、LVDS、HDMI、DVI、LAN、USB、IDE、CF、SATA、SPI、LPC、PCI、GPIO、Smbus、I2C、MMC、SD、COM或者LPT总线上，可变功能芯片对外可实现USB、LAN、VGA、LVDS、HDMI、DVI、GPIO、Smbus、I2C、IDE、CF、SATA、MMC、SD、COM、LPT或者耳麦接口。4.根据权利要求1所述的一种功能可变的可穿戴计算机主板，其特征是：所述可变功能芯片的编程下载有三种方式：一是外部编程下载方式，此方式下可变功能芯片的JTAG总线通过PCB线连接到主板上的JTAG接口，所述JTAG接口连接到机壳外部，由外部主机对其进行编程下载；二是内部转接编程下载方式，此方式下可变功能芯片的JTAG总线通过PCB线接至一个JTAG接口芯片，此接口芯片连接到X86系统的USB、COM、LPT、LPC/SPI总线，由本机X86系统对其进行编程下载；三是内部直接编程下载方式，此方式下可变功能芯片的JTAG总线模块与JTAG转接模块在可变功能芯片内部实现，相关引脚通过USB、COM、LPT、LPC/SPI总线连接至X86系统，实现其编程下载。5.根据权利要求1所述的一种功能可变的可穿戴计算机主板，其特征是：所述可变功能芯片内部包括配属模块组、接口模块组、存储模块组、片内CPU及片内总线控制器、显示核心模块、系统综合控制模块、自定义逻辑功能模块。6.根据权利要求5所述的可变功能芯片内的配属模块组包括电压调节模块、时钟模块、JTAG总线模块、JTAG转接模块，JTAG总线模块通过片内...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东义，宋海涛，曾爱凤，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]