用ZFX86微处理器设计NAS系统
发布时间:2007/8/28 0:00:00 访问次数:443
武汉华中师范大学物理科学与技术学院(430079) 谭文虎 楚育军 武汉三角路中学(430079) 王小丽
1 ZFX86简介
ZFX86是ZF Micro Devices公司设计的35mm×35mm的超低功耗(100MHz的工作频率下小于0.5W)片上PC;带有奔腾级North/South Bridge的Cyrix FP DX的32位核,CPU内核可工作在133MHz;采用BGA封装的CPU芯片,在-10℃~60℃工作无需风扇,在设计专用系统时,ZFX86解决了由于风扇可靠性低引起的系统故障。ZFX86支持Windows 9X、Windows CE、Windows NT、Linux等多种操作环境。由于它带有专有的自动防故障装置系统(FailSafe TM)和强大的内部资源,因而可以作为网络数据共享设备的处理核心,使得系统在性能和安全方面都具有独特的优势。
ZFX86主要由以下部分组成:工业标准的32位处理器内核、北桥(North Bridge)、南桥(South Bridge)、带有ZF专有代码的12KB的ROM(BIOS Update ROM)、ZF专有数字逻辑等。ZFX86的内部结构原理图如图1所示。
ZFX86处理器内核是工业标准的32位处理内核。这种内核带有集成的浮点协处理器和8KB的L1(Level 1)Cache。处理器支持8位、16位和32位的数据类型,可以工作在实时、虚拟的8086和保护模式。通过32位的脉冲模式总线,CPU可以访问到256MB的物理存储空间。通过利用一个数学协处理器,CPU并行处理浮点指令。由于处理器采用静态设计及其特有的电源管理模式(SMM),使得处理器成为一款理想的低功耗内核。
北桥模块是高性能的32位控制器,是基于为奔腾级处理器设计的PC87550 PCI系统控制器。北桥控制器的存储控制器用于支持SDRAM;存储器可以设置为16位或32位,支持256MB的存储空间。SDRAM的写缓冲器为32B,CPU到PCI的写缓冲器为32B,PCI的写缓冲器为16B。
南桥模块是一个增强的PCI-to-ISA桥模块,该模块提供AT/ISA功能。南桥的内部功能模块包括Front-PCI interface/Back-side PCI总线、PCI配置寄存器、IDE控制器(UDMA-33)、USB控制器、集成高级I/O口、ISA总线接口、AT兼容逻辑、电源管理模块、8个通用I/O口和ZF Logic。
ZF FailSafe Boot ROM带有12KB的BIOS Update ROM(BUR)。BUR是ZFX86的内置软件,该软件用作原型调试工具和Flash的更新单元。启动时,BUR执行基本的单元初始化功能和测试ZF的内部静态RAM。BUR的代码功能可分为4种属性:基本部件初始化及基本调试程序诊断功能、通过Z-tag实现取数和执行及为用户代码提供的基本操作系统功能。
ZF专有数字逻辑包含:特殊和通用的片选、看门狗定时器、脉宽调制(PWM)产生器、Z-tag接口和flash控制器等部分。
2基于NAS的网络数据共享设备的设计思想
2.1 NAS简介
网络附加存储(Network Attached Storage,NAS)是一种专业的网络文件存储及文件备份设备。它通过自带的网络接口把存储设备直接连入到网络中,实现数据的网络共享。按照TCP/IP协议进行通信,面向消息传递,以文件的I/O方式进行数据传输。一个NAS包括核心处理器、文件服务管理工具、1个或者多个用于数据存储(例如磁盘阵列、CD/DVD驱动器或可移动的存储介质)的硬盘驱动器。NAS系统建立在现有的LAN和文件系统协议之上。NAS以标准化访问协议(如NFS和SMB)为客户提供服务,能够提供异构平台间的文件和数据的共享。
2.2 NAS的体系结构
本文所设计的NAS系统主要用来实现数据共享和资源的管理。该系统硬件结构是以ZFX86作为核心处理器,以外存储器SDRAM作为系统的数据记忆缓处理单元,外围RAID接口用来连接磁盘阵列。磁盘阵列连接一系列硬盘,用来存储大容量的数据,为客户端提供数据共享服务。同时大容量的空间为客户端提供一定的磁盘共享服务。对于一个共享设备来说,实现与网络的数据交换,操作系统和文件管理软件直接关系到整个系统的性能。在本系统中,采用经最大量裁减的嵌入式Linux作为NAS的操作系统,以嵌入式数据库加上PHP和Apache作为Web管理系统的平台。在设计中,可以把这些系统作为一个整体放在DOC盘,嵌入在硬件平台中。这样使整个硬件系统结构简洁,增加了可靠性和安全性,也节约了资源。NAS的体系结构如图2所示。
2.3基于ZFX86的NAS的硬件结构
采用ZFX86为核心处理器的NAS硬件结构如图3所示。采用RAID接口挂接4个硬盘实现大数据的存储,采用DOC盘(DiskOnChip 2000)作为嵌入式Linux的系统启动盘,硬件平台具有10M/100M Base-T高速以太网功
武汉华中师范大学物理科学与技术学院(430079) 谭文虎 楚育军 武汉三角路中学(430079) 王小丽
1 ZFX86简介
ZFX86是ZF Micro Devices公司设计的35mm×35mm的超低功耗(100MHz的工作频率下小于0.5W)片上PC;带有奔腾级North/South Bridge的Cyrix FP DX的32位核,CPU内核可工作在133MHz;采用BGA封装的CPU芯片,在-10℃~60℃工作无需风扇,在设计专用系统时,ZFX86解决了由于风扇可靠性低引起的系统故障。ZFX86支持Windows 9X、Windows CE、Windows NT、Linux等多种操作环境。由于它带有专有的自动防故障装置系统(FailSafe TM)和强大的内部资源,因而可以作为网络数据共享设备的处理核心,使得系统在性能和安全方面都具有独特的优势。
ZFX86主要由以下部分组成:工业标准的32位处理器内核、北桥(North Bridge)、南桥(South Bridge)、带有ZF专有代码的12KB的ROM(BIOS Update ROM)、ZF专有数字逻辑等。ZFX86的内部结构原理图如图1所示。
ZFX86处理器内核是工业标准的32位处理内核。这种内核带有集成的浮点协处理器和8KB的L1(Level 1)Cache。处理器支持8位、16位和32位的数据类型,可以工作在实时、虚拟的8086和保护模式。通过32位的脉冲模式总线,CPU可以访问到256MB的物理存储空间。通过利用一个数学协处理器,CPU并行处理浮点指令。由于处理器采用静态设计及其特有的电源管理模式(SMM),使得处理器成为一款理想的低功耗内核。
北桥模块是高性能的32位控制器,是基于为奔腾级处理器设计的PC87550 PCI系统控制器。北桥控制器的存储控制器用于支持SDRAM;存储器可以设置为16位或32位,支持256MB的存储空间。SDRAM的写缓冲器为32B,CPU到PCI的写缓冲器为32B,PCI的写缓冲器为16B。
南桥模块是一个增强的PCI-to-ISA桥模块,该模块提供AT/ISA功能。南桥的内部功能模块包括Front-PCI interface/Back-side PCI总线、PCI配置寄存器、IDE控制器(UDMA-33)、USB控制器、集成高级I/O口、ISA总线接口、AT兼容逻辑、电源管理模块、8个通用I/O口和ZF Logic。
ZF FailSafe Boot ROM带有12KB的BIOS Update ROM(BUR)。BUR是ZFX86的内置软件,该软件用作原型调试工具和Flash的更新单元。启动时,BUR执行基本的单元初始化功能和测试ZF的内部静态RAM。BUR的代码功能可分为4种属性:基本部件初始化及基本调试程序诊断功能、通过Z-tag实现取数和执行及为用户代码提供的基本操作系统功能。
ZF专有数字逻辑包含:特殊和通用的片选、看门狗定时器、脉宽调制(PWM)产生器、Z-tag接口和flash控制器等部分。
2基于NAS的网络数据共享设备的设计思想
2.1 NAS简介
网络附加存储(Network Attached Storage,NAS)是一种专业的网络文件存储及文件备份设备。它通过自带的网络接口把存储设备直接连入到网络中,实现数据的网络共享。按照TCP/IP协议进行通信,面向消息传递,以文件的I/O方式进行数据传输。一个NAS包括核心处理器、文件服务管理工具、1个或者多个用于数据存储(例如磁盘阵列、CD/DVD驱动器或可移动的存储介质)的硬盘驱动器。NAS系统建立在现有的LAN和文件系统协议之上。NAS以标准化访问协议(如NFS和SMB)为客户提供服务,能够提供异构平台间的文件和数据的共享。
2.2 NAS的体系结构
本文所设计的NAS系统主要用来实现数据共享和资源的管理。该系统硬件结构是以ZFX86作为核心处理器,以外存储器SDRAM作为系统的数据记忆缓处理单元,外围RAID接口用来连接磁盘阵列。磁盘阵列连接一系列硬盘,用来存储大容量的数据,为客户端提供数据共享服务。同时大容量的空间为客户端提供一定的磁盘共享服务。对于一个共享设备来说,实现与网络的数据交换,操作系统和文件管理软件直接关系到整个系统的性能。在本系统中,采用经最大量裁减的嵌入式Linux作为NAS的操作系统,以嵌入式数据库加上PHP和Apache作为Web管理系统的平台。在设计中,可以把这些系统作为一个整体放在DOC盘,嵌入在硬件平台中。这样使整个硬件系统结构简洁,增加了可靠性和安全性,也节约了资源。NAS的体系结构如图2所示。
2.3基于ZFX86的NAS的硬件结构
采用ZFX86为核心处理器的NAS硬件结构如图3所示。采用RAID接口挂接4个硬盘实现大数据的存储,采用DOC盘(DiskOnChip 2000)作为嵌入式Linux的系统启动盘,硬件平台具有10M/100M Base-T高速以太网功