RU208803U1 - Модуль центрального процессора - Google Patents

Abstract

Модуль центрального процессора (ЦП) содержит многослойную печатную плату, с верхней и нижней сторон которой выполнены плоские проводники в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение между собой несимметрично смонтированных на плате элементов электрической цепи, контроллером шины, предназначенным для обмена данными по шине между модулем центрального процессора и модулями ввода и/или вывода промышленного контроллера, и микроконтроллер, при этом он снабжен радиатором под естественную конвекцию, установленным параллельно плате с верхней стороны и выполненным с ребристостью, образованной параллельно ориентированными каналами, продуваемыми атмосферным воздухом и направленными в противоположную от платы сторону. На верхней стороне платы вдоль одного ее края установлены интерфейс тестирования и импульсный регулятор напряжения, а жесткий диск установлен над датчиком температуры, формирователь тактовых импульсов установлен ниже интерфейса тестирования над центральным процессором, который установлен над оперативной памятью между жестким диском и кнопкой сброса, размещенной между контроллером источников питания и детектором питания. На нижней стороне платы вдоль одного ее края установлены оперативная память DDR3 и преобразователь PCIе в PCI, а вдоль двух других, перпендикулярно расположенных ее краев, установлены попарно разъемы ETX, причем на одном из этих краев между разъемами установлен переключатель, а вблизи винта установлен разъем COM3. За счет использования заявленного технического решения осуществляется реализация расширения арсенала модулей ЦП за счет создания альтернативной конструкции, при расширении функциональных возможностей, высокой надежности, удобства в эксплуатации и высокой ремонтопригодности.

Description

Полезная модель относится к области вычислительной техники, в частности к архитектуре модуля центрального процессора (далее по тексту - модуль ЦП) промышленного контроллера с программируемой логикой (далее по тексту ПЛК). ПЛК является вычислительной и управляющей единицей в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП). Расширяющаяся область применения и объем производства АСУ ТП требуют расширения арсенала и усовершенствования технических средств, пригодных для использования в качестве модуля ЦП с программируемой логикой. Модуль ЦП предназначен для построения высоконадежных встраиваемых энергоэффективных систем с малыми габаритными размерами.

Известно устройство, состоящее из объединительной платы с возможностью установки модуля процессора и плат расширения, в которой модуль процессора и не менее четырех плат расширения устанавливаются непосредственно в мезонинные разъемы объединительной платы в одной плоскости, параллельной объединительной плате, что позволяет уменьшить пространственный объем и повысить надежность вычислительных узлов на базе данной объединительной платы. Объединительная плата содержит мезонинный разъем для установки модуля процессора, интерфейсные разъемы, преобразователь напряжения, разъем питания, усилитель-формирователь шинных сигналов, группу мезонинных разъемов для установки плат расширения (RU 165470).

Известно устройство, содержащее:

- шасси половинной ширины;

- одну или несколько сборок печатных плат, прикрепленных к шасси половинной ширины, в основном ориентированных горизонтально;

- один или несколько процессоров, установленных по меньшей мере на одной из сборок печатных плат;

- радиаторы, смонтированные на процессорах;

- один или несколько стеков из двух 3,5-дюймовых жестких дисков, прикрепленных к шасси, в котором вычислительное устройство половинной ширины имеет высоту более 1U и не более 1,5U, причем вычислительное устройство половинной ширины выполнено с возможностью установки в стойку, содержащую множество стандартных слотов, таким образом, что по меньше мере часть ширины одного из стандартных слотов, частично занятого вычислительным устройством половинной ширины, доступна для установки по меньшей мере части дополнительного устройства; при этом вычислительное устройство половинной ширины имеет ширину, равную или меньшую, чем половина ширины стандартного 19-дюймового слота. Высота вычислительного устройства составляет около 1,5U. По меньшей мере один стек из двух 3,5-дюймовых жестких дисков установлен на шасси половинной ширины позади от по меньшей мере одного процессора (RU 2610445).

Известен модуль ЦП промышленного контроллера с программируемой логикой, содержащий:

- центральный микропроцессор, предназначенный для выполнения задачи прикладной программы, в результате которой обрабатываются входные данные от датчиков, и результатом обработки которых являются выходные данные, предназначенные для управления исполнительными механизмами;

- дополнительный микропроцессор с архитектурой ядра, отличной от архитектуры ядра центрального микропроцессора, и предназначенный для выполнения точно такой же задачи с точно такими же входными данными от датчиков, что и в центральном микропроцессоре, он дополнительно содержит программируемую логическую интегральную схему с контроллером шины, предназначенным для обмена данными по шине между модулем ЦП и модулями ввода и/или вывода промышленного контроллера, и микроконтроллер Центральный микропроцессор (ЦМ), предназначен для выполнения задачи прикладной программы;

- дополнительный микропроцессор (ДМ), предназначен для выполнения точно такой же задачи с теми же входными данными от датчиков, что и ЦМ;

- контроллер шины (КШ), сформированный в ПЛИС, предназначен для обмена данными по шине;

- микроконтроллер безопасности (МБ) для контроля работы своего функционального ядра, содержит контролирующее ядро и модуль сравнения, который предназначен для сравнения результатов вычислений с параллельно работающих функционального и контролирующего ядер, МБ разрешает КШ передачу выходных данных в шину в случае, если выполнено условие равенства результатов обработки из ЦМ и ДМ, и время выполнения задачи ЦМ и ДМ находится в заданном интервале времени, и результаты вычислений функционального и контролирующего ядер равны (RU 2703681, прототип).

Недостатками известных технических решений являются узость функциональных возможностей, которая определяется неоптимальным размещением аппаратов на плате, значительный объем неиспользуемого пространства и отсутствие надежного теплоотвода от них, связи с компоновкой его составных частей, не учитывающие возможностей возникновения шумов и местных взаимных нагревов оборудования, возбуждающих помехи, обусловленные взаимным влиянием аппаратов.

Технической проблемой, разрешаемой с помощью настоящей полезной модели, является создание энергоэффективного компактного модуля ЦП с программируемой логикой и расширение арсенала модулей ЦП.

Технический результат, обеспечивающий разрешение указанной проблемы, достигается благодаря расширению арсенала модулей ЦП за счет создания альтернативной конструкции указанного назначения, с увеличением функциональных возможностей, высокой надежности, удобства в эксплуатации, и высокой ремонтопригодности.

Сущность полезной модели заключается в том, что модуль центрального процессора (ЦП) содержит многослойную печатную плату с верхней и нижней сторон которой выполнены плоские проводники в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение между собой несимметрично смонтированных на плате элементов электрической цепи, контроллером шины, предназначенным для обмена данными по шине между модулем центрального процессора и модулями ввода и/или вывода промышленного контроллера, и микроконтроллер, при этом он снабжен радиатором под естественную конвекцию, установленным параллельно плате с верхней стороны и выполненным с ребристостью, образованной параллельно ориентированными каналами, продуваемыми атмосферным воздухом и направленными в противоположную от платы сторону, на первой стороне платы размещены:

- центральный процессор VX86DX3, со встроенным графическим сопроцессором;

- температурный датчик;

- жесткий SATА диск;

- схема управления питанием ОЗУ; -импульсный регулятор напряжения;

- двойной синхронный понижающий регулятор напряжения;

- контроллер источников питания;

- оперативная память DDR3;

- формирователь тактовых сигналов;

- детектор (супервизор) питания;

- разъем JTAG тестирования и отладки;

- кнопка Сброс;

- светодиоды.

а на нижней стороне платы:

- оперативная память DDR3;

- преобразователь PCIe в PCI, представляющий собой шину ввода и вывода для внешних периферийных устройств;

- переключатель;

- группа разъемов ЕТХ на 100 контактов;

- разъем COM3 представляющий собой двунаправленный последовательный интерфейс.

Предпочтительно, на верхней стороне платы вдоль одного ее края установлены интерфейс тестирования и импульсный регулятор напряжения, а жесткий SATA диск установлен над датчиком температуры, формирователь тактовых импульсов установлен ниже интерфейса тестирования над центральным процессором, который установлен над оперативной памятью между жестким SATA диском и кнопкой сброса, размещенной между контроллером источников питания и детектором питания.

Предпочтительно, на нижней стороне платы вдоль одного ее края установлены оперативная память DDR3 и преобразователь PCIe в PCI, а вдоль двух других, перпендикулярно расположенных ее краев, установлены попарно разъемы ЕТХ, причем на одном из этих краев между разъемами установлен переключатель, а вблизи винта установлен разъем COM3.

Предпочтительно, радиатор выполнен с площадью, равной площади платы.

Предпочтительно, радиатор выполнен из алюминиевого сплава и закреплен винтами по углам платы.

Предпочтительно, микросхемы Flash SSD оперативной памяти DDR3 общим объемом 2 Гбайт напаяны на плату.

Предпочтительно, часы реального времени встроены в процессор, имеющий тактовую частоту 800 МГц.

Предпочтительно, жесткий SATA диск выполнен с объемом 8 ГБ

Предпочтительно, кнопка сброс (RESET) выполнена с возможностью перезапуска модуля в произвольный момент времени и снабжена дополнительно установленными рядом с ней светодиодами.

Предпочтительно, модуль выполнен с возможностью подключения/отключения к нему внешних устройств и плат расширения при выключенном состоянии.

На чертеже фиг. 1 изображен общий вид модуля ЦП под углом сверху, со снятым радиатором; на чертеже фиг. 2 изображен общий вид модуля ЦП под углом сверху, с установленным радиатором; на фиг. 3 - расположение элементов модуля ЦП на лицевой стороне платы; на фиг. 4 расположение элементов модуля ЦП на нижней стороне платы; на фиг.5 функциональная схема модуля ЦП.

Модуль ЦП содержит многослойную печатную плату, с обеих сторон которой выполнены плоские проводники в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение между собой несимметрично смонтированных на плате элементов электрической цепи, и контроллером шины, предназначенным для обмена данными по шине между модулем ЦП и модулями ввода и/или вывода промышленного контроллера, и микроконтроллер.

Модуль снабжен радиатором под естественную конвекцию, установленным параллельно плате с верхней стороны и выполненным с ребристостью, образованной параллельно ориентированными каналами, продуваемыми атмосферным воздухом и направленными в противоположную от платы сторону. Изделие имеет следующие основные функциональные аппараты:

Процессор Vortex86DX3 с низким энергопотреблением и мощностью рассеивания;

Оперативная память DDR3-800 SDRAM oбъeмoм 2 Гбайт, напаянная на плату.

Режим работы - одноканальный, 32-бит;

FLASH-диск объемом 8 Гбайт;

Порт HDD* с поддержкой двух устройств UltraDMA/100;

Порт CompactFlash* (совмещен с портом HDD);

Последовательные порты:

СОМ1*: RS-232, 9 проводов (полный); максимальналекорость обмена-до 115,2 кбит/с, с возможностью консольного ввода/вывода;

COM2*: RS-232, 9 проводов (полный); максимальная скорость обмена до 115,2 кбит/с, с возможностью консольного ввода/вывода;

COM3: 3 провода; максимальная скорость обмена - до 115,2 кбит/с, с возможностью консольного ввода/вывода.

Один канал Ethernetl0/100 Мбит/с;

Четыре канала USB 2.0*;

Шины расширения ISА и PCI*:

16-разрядная шина ISA и

32-разрядная шина PCI

Сторожевой таймер;

CMOS+FRAM для хранения конфигурации;

FlashBIOS объемом 2 Мб, встроена в процессор;

Часы реального времени;

Порт PS/2 клавиатуры и мыши*;

Видеоконтроллер:

2D-акселератор;

объем видеопамяти - до 64 Мбайт (выделяется из системной);

возможность подключения RGB-монитора* с разрешением до 1920x1440 (60 Гц).

На верхней стороне платы размещены, в частности, следующие активные элементы:

- центральный процессор VX86DX3 (тактовая частота 800 МГц) со встроенным графическим сопроцессором

- температурный датчик;

- флеш-накопитель SSD объемом 8 Гбайт;

- схема управления питанием ОЗУ;

- импульсный регулятор напряжения (стабилизатор напряжения);

- двойной синхронный понижающий регулятор напряжения;

- контроллер источников питания;

- оперативная память DDR3;

- формирователь тактовых сигналов;

- детектор (супервизор) питания;

- разъем JTAG тестирования и отладки (сервисный разъем для программирования);

- кнопка сброса Reset.

На верхней стороне платы вдоль одного ее края установлены разъем тестирования и импульсный регулятор напряжения, а флеш-накопитель установлен над датчиком температуры, формирователь тактовых импульсов установлен ниже разъема тестирования над микросхемой ЦП, которая установлена над микросхемой оперативной памяти между флеш-накопителем и кнопкой сброса, размещенной между контроллером источников питания и детектором питания.

На нижней стороне платы размещены, в частности, следующие активные элементы:

- оперативная память DDR3;

- преобразователь интерфейса PCIe в PCI;

- группа разъемов ЕТХ (порт) на 100 контактов;

- разъем последовательного интерфейса COM3.

На нижней стороне платы вдоль одного ее края установлены оперативная память DDR3 и контроллер\преобразователь PCIe в PCI, а вдоль двух других, перпендикулярно расположенных ее краев, установлены попарно разъемы ЕТХ, а вблизи винта установлен разъем COM3.

Радиатор выполнен с площадью, практически равной площади платы. Радиатор выполнен из алюминиевого сплава и закреплен винтами по углам платы.

Многослойная печатная плата имеет внешние слои и сквозные отверстия для установки компонентов, а во внутренних слоях располагаются полигоны питания и межсоединения. Имеется возможность нанесения влагозащитного покрытия для обеспечения работы изделия в условиях повышенной влажности.

Микросхемы оперативной памяти DDR3 общим объемом 2 Гбайт напаяны на плату. Часы реального времени встроены в процессор, имеющий тактовую частоту 800 МГц. Флеш-накопитель SSD выполнена с объемом 8 Гбайт. Кнопка сброс (RESET) выполнена с возможностью перезапуска модуля в произвольный момент времени. Модуль выполнен с возможностью подключения/отключения к нему внешних устройств и плат расширения при выключенном состоянии.

Поскольку модуль предназначен преимущественно для использования в специализированных изделиях для транспорта в нем не используются (отсутствуют) интерфейсы: SATA, LPT, Audio, LVDS.

На чертеже фиг. 1 обозначены:

1 - Многослойная печатная плата;

2 - Центральный процессор VX86DX3 (тактовая частота 800 МГц) со встроенным графическим сопроцессором;

5 - Флеш-накопитель SSD объемом 8 Гбайт;

10 - Память RAM DDR3 (оперативная память);

21 - Крепежное отверстие.

На чертеже фиг.2. обозначены: 1 - Многослойная печатная плата; 14 - Кнопка сброса Reset.

22 - Радиатор отвода тепла центрального процессора (радиатор охлаждения);

23 - Крепежный винт;

На чертеже фиг. 3. обозначены:

1 - Многослойная печатная плата;

2 - Центральный процессор VX86DX3 (тактовая частота 800 МГц) со встроенным графическим сопроцессором;

3 - Приемопередатчик интерфейса RS-232;

4 - Датчик температуры цифровой;

5 - Флеш-накопитель SSD объемом 8 Гбайт;

6 - Микросхема памяти FRAM, энергонезависимая оперативная память;

7 - Формирователь опорного напряжения для ОЗУ;

9 - Катушки индуктивности в цепях питания;

9 - Контроллеры источников питания (управление включения источников питания);

10 - Память RAM DDR3 (оперативная память);

11 - Стабилизатор напряжения (регулятор напряжения постоянного тока) 1В;

12 - Супервизор питания (схема контроля напряжения питания микропроцессора 3В);

13 - Разъем JTAG тестирования и отладки (сервисный разъем для программирования);

14 - Кнопка сброса Reset;

15 - Защитный диод в цепях питания от переполюсовки;

16 - Стабилизатор напряжения (регулятор напряжения постоянного тока) 3.3В и 1.8 В;

17 - Стабилизатор напряжения (регулятор напряжения постоянного тока) 1.2В;

18 - Стабилизатор напряжения (регулятор напряжения постоянного тока) ядра процессора 0.95 В;

19 - Стабилизатор напряжения (регулятор напряжения постоянного тока) 3.3В;

20 - Генератор тактовой частоты шины PCIe (Clock Generators PCIe).

На чертеже фиг. 4. обозначены:

10 - Память RAM (оперативная память);

13 - Разъем JTAG тестирования и отладки (сервисный разъем для программирования);

24 - Контроллер\преобразователь интерфейса PCI (PCIe-to-PCI Bridge);

25 - Разъем (порт) последовательного интерфейса COM3;

26 - Разъемы (порты) высокой плотности стандарта ЕТХ (ЕТХ Connector).

Основные технические характеристики изделия.

Процессор:

- Vortex86DX3, 2 ядра;

- Тактовая частота 800 МГц;

- 32-битное ядро х86;

- 32 бит шина памяти;

- Cache-память 1-го уровня (64 Кбайт);

- Cache-память 2-го уровня (512 Кбайт);

- Расширения ММХ, SSE.

Оперативная память:

- напаянная DDR3-800 SDRAM 2 Гбайт;

- частота шины 400 МГц.

Встроенный графический сопроцессор:

- 2D-акселератор;

- объем видеопамяти, выделяемой из основной до 64 Мбайт.

Встроенная энергонезависимая память:

- 8 Кбайт FRAM для хранения конфигурации;

- при отсутствии батарейки настройки СМOS сохраняются в памяти FRAM.

FLASH BIOS:

- 2 Мбайт, с возможностью модификации в системе.

FLASH-диск:

- напаянный диск объемом 8 Гбайт, контроллер диска подключен к интерфейсу SATA;

- используемый тип памяти - NANDFlash (SLC).

Порты ввода/вывода:

- ХР1: 32-разрядная шина PCI, частота 33 МГц;

- ХР1: подключение до четырех устройств USB 1.1/2.0, поддержка загрузки с устройств USB;

- ХР1: линейный стереовход/выход, вход для подключения микрофона (моно);

- ХР2: 16-разрядная шина ISA8/16 МГц;

- ХР3: порт подключения RGB-монитора с разрешением до 1920×1440, 60 Гц;

- ХР3: последовательные порты СОМ1/СОМ2 (полный набор сигналов), совместимость с моделью 16С550, скорость обмена до 3 Мбод;

- ХР3: порт клавиатуры и мыши PS/2;

- ХР4: порт подключения HDD, 1 канал Primary, подключение до двух устройств, поддержка Ultra-DMAIOO;

- ХР4: порт LAN 10/100 Мбит;

- ХР4: порт I2C, 100/400 Кбит;

- ХР4: порт SMB;

- ХР4: порт "SpeakerOut" для подключения зуммера;

- ХР4: порт "RTCbattery" для подключения батарейного питания.

Часы реального времени (батарейное питание обеспечивается платой-носителем);

Консольные порты:

- СОМ1/СОМ2/СОМ3.

Цифровой датчик температуры:

- измерение температуры от минус 55°С до плюс 125°С;

- разрешение 12 бит + знак;

- цена единицы младшего разряда 0,0625°С;

- время преобразования до 1000 мс.

Сторожевой таймер:

- Программируемый интервал срабатывания от 100 мкс до 3 мин.

Программная совместимость с ОС:

- FreeDOS;

- Linux Debian8;

- Microsoft™ Windows 7 Embedded.

Напряжение питания:

- от плюс 4,75 до плюс 5,25 В;

- от плюс 2,5 до плюс 3,3 В (напряжение питания батареи, используется для работы часов реального времени при отключенном основном напряжении питания).

Потребляемая мощность: 6 Вт (5 В @ 1,2А);

Рабочий температурный диапазон - от минус 40°С до плюс 85°С;

Влажность: до 80% без конденсации;

Ударо/вибростойкость: 50g/5g;

Время наработки на отказ (MTBF): не менее 50 ООО часов;

Габаритные размеры изделия: 114,0 × 95,0 × 14,0 мм;

Масса изделия: не более 100 г.

Специальные характеристики аппаратуры модуля центрального процессора (изделия):

Микропроцессор CPU Vortex86DX3 выполнен с низким энергопотреблением и мощностью рассеивания, тактовая частота 800 МГц.

На плату напаяны микросхемы DDR3-800 SDRAM общим объемом 2 Гбайт. Режим работы - одноканальный, 32-бит.

Для хранения основной (рабочей) копии BIOS используется встроенная в микросхему процессора SPI-Flash 2 Мбайт.

Часы реального времени встроены в процессор. Работоспособность часов при отключенном питании обеспечивается через порт «RTCbattery» с платы-носителя. Настройки CMOS хранятся в энергонезависимой памяти FRAM. SATA Flash Disk -на плате устанавливается один SSDFlashDisk объемом 8ГБ РР15А423-32Г6 компании «Phison». Отличительные особенности: память SLC, поддержка ЕСС, расширенный температурный диапазон (от минус 40°С до плюс 85°С). Корпус FBGA 16×20 мм. Последовательные порты СОМ1, COM2 и COM3

Порты СОМ1 и COM2 работают в режиме полного 9-проводного интерфейса RS-232. Порт COM3 работает в режиме неполного 3-проводного интерфейса RS-232 и выведен на разъем ХР5 (IDCc шагом 2,54 мм) (Рис. 2.3). Разъем ХР5 расположен на плате изделия. Нумерация контактов начинается от маркировки ХР5.

Кнопка сброса RESET (SW1) В изделии имеется кнопка RESET для перезапуска в произвольный момент времени. Кнопка расположена рядом со светодиодами.

Изделие полностью соответствует современной спецификации ЕТХ 3.0 (форм-фактор материнских плат), в части характеристик: габаритных размеров модуля и расположения присоединительных разъемов X1, Х2, Х3, Х4.

Модуль центрального процессора (изделие) работает следующим образом.

Изделие эксплуатируется, преимущественно, в составе электронного оборудования, устанавливаемого на транспортные средства и необслуживаемого оборудования, эксплуатируемого во временном режиме 24x7.

Модуль центрального процессора питается от внешнего источника постоянного тока с фиксированным значением напряжения плюс 5 В±5%.

При установке изделия в плату-носитель напряжение питания к изделию подается через контакты разъемов ХР1…ХР4. Для стабильной работы изделия (без учета дополнительных внешних устройств) внешний источник питания должен обеспечивать ток не менее 2,0 А.

Подключение (отключение) к внешнему источнику (от внешнего источника) постоянного тока, а также внешних устройств и плат расширения функциональных возможностей к изделию (от изделия) во включенном состоянии не допускается.

Допустимые условия эксплуатации диапазон рабочих температур - от минус 40°С до плюс 85°С; относительная влажность воздуха - до 80% (без конденсации влаги);

Допустимые механические воздействия: синусоидальная вибрация, амплитуда ускорения - 5 g; устойчивость к одиночным ударам, пиковое ускорение - 100 g; устойчивость к многократным ударам, пиковое ускорение - 50 g.

В процессе работы контроллеры источника питания осуществляют управление включения питания. После подачи и стабилизации питания системой питания разъем JTAG осуществляется тестирование и отладка модуля. Активируется генератор тактовой частоты шины PCIe. Программирование модуля выполняется с персонального компьютера ПК (не изображен). Осуществляется загрузка программного обеспечения в микросхему FRAM энергонезависимой оперативной памяти и модуль приступает к мониторингу внешних интерфейсов или рассылке через эти интерфейсы данных, сохраненных в микросхеме оперативной памяти RAM DDR3 или в карте памяти.

При подключении модуля процессорного к ПК, модуль процессорный принимает сигналы, содержащие данные и инструкции (опрос интерфейсов, запрос данных из памяти, запрос вычислений над данными) и выдает сигналы с обработанными данными обратно в ПК через соответствующую шину.

В общем случае, выполнение программы состоит в считывании данных ввода-вывода данных и с внешних контролируемых и управляемых устройств, последующей обработки данных по алгоритму, заданному программой и выдачи результирующих управляющих данных в модули ввода-вывода данных и на внешние контролируемые и управляемые устройства Считывание данных с модулей ввода-вывода данных производится циклически, с заданным периодом времени.

Детальный алгоритм взаимодействия с ПК настраивается с помощью ПО, установленного на модуле процессорном. При подключении сетевых модулей к разъемам и наличии сетевого подключения к микросхемам сетевых интерфейсов осуществляется автоматический выбор протоколов согласно настройкам для достижения заданной или наиболее эффективной работы сети. По завершении настроек происходит обмен данными с одним или двумя внешними узлами сети. Одновременно через соединители может осуществляться прием и выдача дискретных сигналов. При необходимости через порт Micro USB осуществляется подключение внешних USB-устройств. Если при перезагрузке вычислителя выявляется ошибка контрольной суммы параметров BIOS, то загрузка параметров BIOS производится из микросхемы памяти FRAM. Это позволяет повысить надежность работы модуля при длительной необслуживаемой эксплуатации.

Данные, полученные процессором VX86DX3 от ПК, могут передаваться непосредственно в соответствующие средства ввода-вывода, а также восприниматься как задание или команды для исполнения процессором VX86DX3, в соответствии с программой, заложенной в постоянное запоминающее устройство (RAM DDR3, RAM)..

При функционировании изделия, его аппаратура выполняет, в частности, следующее:

Флеш-накопитель SSD служит как компьютерное энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти. Кроме микросхем памяти, он содержит управляющий контроллер.

ОЗУ реализует назначение модулей динамической памяти, содержащих полупроводниковые интегральные схемы, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа имеет плотность выше, что позволяет на той же площади кремниевого кристалла разместить больше ячеек памяти.

Приемопередатчик интерфейса RS-232 служит для согласования электрических параметров, обработки и передачи информации, использующих последовательные каналы передачи данных.

Микросхема памяти FRAM (оперативная память) использует слой сегнетоэлектрика для обеспечения энергонезависимости.

Формирователь опорного напряжения для ОЗУ поддерживает на своем выходе высокостабильное постоянное электрическое напряжение для задания величины выходного напряжения стабилизированного источника электропитания аналого-цифровых преобразователей, режимов работы аналоговых и цифровых интегральных схем и систем, и как эталон напряжения.

Контроллеры источников питания обеспечивают выдачу управляющих воздействий и контроль выходных параметров источников питания.

Память RAM DDR3 (оперативная память) реализует функции синхронной динамической памяти с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных

Стабилизатор напряжения реализует поддержание выходного напряжения в узких пределах, при существенном изменении входного напряжения и выходного тока нагрузки.

Супервизор питания обеспечивает удержание контроллера в состоянии сброса до тех пор, пока напряжение питания не достигнет заданного значения и не стабилизируется, или сброс контроллера при снижении напряжения питания ниже критического уровня или при внезапном провале напряжения. Защитный диод служит для защиты от пробоя.

Генератор тактовых импульсов (генератор тактовой частоты) предназначен для синхронизации протекающих процессов.

Импульсные регуляторы напряжения служит для регулирования постоянного напряжения, при котором источник постоянного тока периодически включается с некоторой частотой.

Кнопкой сброс (RESET) осуществляется, при необходимости, перезапуск модуля в произвольный момент времени.

В процессе работы радиатор служит для рассеивания выделяемого аппаратурой тепла в воздухе.

При этом оптимальная компоновка функциональных элементов и их размещение на обеих сторонах платы позволяют соответствовать следующим конструктивным требованиям:

- плотности компоновки, определяемой отношением числа активных элементов к площади платы, то есть реализовано максимальное заполнение отводимого элементам конструктивного пространства на поверхности платы;

- расположение элементов таким образом, чтобы рассеивать приблизительно одинаковые мощности во избежание местных перегревов на плате.

Функциональная законченность модуля ЦП позволяет:

- автоматизировать процессы сборки и монтажа;

- обеспечить ремонтопригодность с минимальными трудозатратами при отказе какого-либо из активных элементов;

- повысить надежность связей каждого из активных элементов и модуля в целом.

- использовать для построения широкого круга автоматических и автоматизированных систем контроля и управления технологическими процессами.

Таким образом, за счет использования заявленного технического решения, осуществляется реализация расширения арсенала модулей ЦП за счет создания альтернативной конструкции, при расширении функциональных возможностей, высокой надежности, удобства в эксплуатации, и высокой ремонтопригодности.

Claims (29)

1. Модуль центрального процессора, содержащий многослойную печатную плату, с верхней и нижней сторон которой выполнены плоские проводники в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение между собой несимметрично смонтированных на плате элементов электрической цепи, контроллером шины, предназначенным для обмена данными по шине между модулем центрального процессора и модулями ввода и/или вывода промышленного контроллера, и микроконтроллер, отличающийся тем, что он снабжен радиатором под естественную конвекцию, установленным параллельно плате с верхней стороны и выполненным с ребристостью, образованной параллельно ориентированными каналами, продуваемыми атмосферным воздухом и направленными в противоположную от платы сторону, на первой стороне платы размещены:

- центральный процессор VX86DX3 со встроенным графическим сопроцессором;

- температурный датчик;

- жёсткий SATA диск,

- схема управления питанием ОЗУ;

- импульсный регулятор напряжения;

- двойной синхронный понижающий регулятор напряжения;

- контроллер источников питания;

- оперативная память DDR3;

- формирователь тактовых сигналов;

- детектор (супервизор) питания;

- разъем JTAG тестирования и отладки;

- кнопка Сброс;

- светодиоды,

а на нижней стороне платы:

- оперативная память DDR3;

- преобразователь PCIе в PCI, представляющий собой шину ввода и вывода для внешних периферийных устройств;

- переключатель;

- группа разъемов ETX на 100 контактов;

- разъем COM3, представляющий собой двунаправленный последовательный интерфейс.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что на верхней стороне платы вдоль одного ее края установлены интерфейс тестирования и импульсный регулятор напряжения, а жесткий SATA диск установлен над датчиком температуры, формирователь тактовых импульсов установлен ниже интерфейса тестирования над центральным процессором, который установлен над оперативной памятью между жестким диском и кнопкой сброса, размещенной между контроллером источников питания и детектором питания.

3. Модуль по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что на нижней стороне платы вдоль одного ее края установлены оперативная память DDR3 и преобразователь PCIе в PCI, а вдоль двух других, перпендикулярно расположенных ее краев, установлены попарно разъемы ETX, причем на одном из этих краев между разъемами установлен переключатель, а вблизи винта установлен разъем COM3.

4. Модуль по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что радиатор выполнен с площадью, равной площади платы.

5. Модуль по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что радиатор выполнен из алюминиевого сплава и закреплен винтами по углам платы.

6. Модуль по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что микросхемы Flash SSD оперативной памяти DDR3 общим объемом 2 Гбайт напаяны на плату.

7. Модуль по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что в центральный процессор дополнительно встроены часы реального времени.

8. Модуль по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что жесткий SATA диск имеет объем 8 ГБ.

9. Модуль по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что кнопка «сброс» (RESET) выполнена с возможностью перезапуска модуля в произвольный момент времени и снабжена дополнительно установленными рядом с ней светодиодами.

10. Модуль по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью подключения/отключения к нему внешних устройств и плат расширения при выключенном состоянии.

Images