ETX外围接口扩展模块的设计

ETX外围接口扩展模块的设计与实现

ETX模块是整个嵌入式系统的核心，怎样合理的使用ETX 模块上的资源是设计中要考虑的重点。

ETX模块可以看成是集成度很高的PC机系统，但正是由于集成度太高，以至于PC机上的常用设备如显示器，鼠标，硬盘，键盘等不能直接与其相连。为了解决这个问题，必须设计外围接口扩展模块。

第一章嵌入式ETX 模块介绍

嵌入式系统被定义为以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用系统，是后PC时代最热门的研究领域之一。系统设计技术融合了传统的软硬件设计技术，已成为电子工程技术人员必备的专业知识。

ETX（Embedded Technology Extended嵌入式技术延伸）嵌入式计算机模块具有完整的PC功能和高效的CPU性能，是一种非常袖珍的高集成度的计算机系统，采用x86 CPU，主频可从200MHz到1.6GHz，内存可从64MB到1GB。在其长宽高分别为114mm×95mm×16mm的尺寸上，集成了标准PC所有的功能，同时提供标准PC架构所具有的所有接口和标准的连接器。

ETX模块包含了高性能x86系列的CPU芯片组、南北桥、显示芯片、网络芯片、音频控制器、Super I/O 控制器等。背面的4×100pin 总线引脚定义了PC 的标准接口信号以及PCI 和ISA 等信号组。设计应用时须在基板上设计对应的4×100pin 标准插座，扩展的I/O 功能可通过总线上的PCI 或ISA 实现。

ETX 系列产品有较长的生命周期，大大缩短产品的开发周期，开发时间从常规的6个月减少至6周。

ETX结构主板主要面向专用计算机系统板的设计者，它的核心理念是“把PC像芯片一样设计到客户的目标应用系统中”。

ETX具有高性能，低功耗，小尺寸，完全PC兼容，易于升级等特点，是一种适合工控行业要求的工业主板，可用于工业自动化、电子成像、便携设备、测试仪器、机床控制、通讯系统、金融电子产品、智能终端设备等各领域。

ETX模块的连接器的位置关系如图1所示：

图 1 ETX模块的连接器的位置关系

ETX 接口由PCI、ISA 总线及许多I/O 信号组成，它是通过四个标准的100pin

连接器来实现的，每个连接器所提供的信号组是：

ETX连接器X1：PCI 总线（32 位）、USB 信号组、音频控制器；

ETX连接器X2：ISA 总线（16 位）；

ETX连接器X3：VGA、LCD（LVDS）、COM1、COM2、IrDA、键盘/鼠标；

ETX连接器X4：EIDE（×2）、以太网、特性信号。

ETX系统的优点：

（1）ETX模块是一个非常紧凑和高度集成化的计算机，它将普通PC的尺寸缩小到好几倍，使得工业控制和军事应用非常简单；

（2）ETX模块集成了普通PC基本的外设，像串口，并口，键盘鼠标，以太网，IDE等等。主板的设计者可以优化精简所需要实现的功能外设，PCI或者ISA设备可以直接的在母板上扩展实现；

（3）ETX模块是一个标准接口的模块，有各种不同性能和功能的模块，可以方便的进行升级。

第二章ETX 模块中的PCI和ISA总线现代计算机系统广泛采用总线技术，各个部件之间都是利用总线相互连接并进行信息传递的。因此，总线技术是计算机结构技术中一个十分重要的组成部分。

采用总线技术，是现代计算机技术发展的必然。由于总线技术的应用，简化了系统设计，便于组织各模块的专业化生产，也便于产品的升级换代，同时也能得到众多计算机厂商的支持。

在微机系统的各种总线中，系统总线是最重要的总线。系统总线的性能与整个系统的性能有直接的联系。ISA 总线和PCI 总线是两种比较通用的系统总线，基于ETX 模块的扩展功能主要是围绕这两种总线来设计的。

1．ETX 模块的PCI 总线

精确的讲，PCI总线是一种夹层总线（这样可以扩展连接不同形式的总线），它可以通过一种称之为“桥”（Bridge）的接口实现计算机不同部分之间的完美连接，无论在系统单元内部还是在机箱外部。

现代PC 机工业通常把主板芯片按不同功能分成两个功能组：

一个功能组称为Host/PCI 桥：PCI 总线通过Host/PCI 桥连接处理器总线到基础PCI 总线。另一个功能组称为PCI/LEGACY 桥：通过PCI/LEGACY 桥连接基础PCI总线到ISA（EISA）、MCA 等低速总线。

PCI 总线作为现代总线的标准，具有很多色彩鲜明的特点：

1）高性能

PCI 局部总线以33MHz 的时钟频率工作，采用32 位数据总线，可支持多组

外围部件和附加卡。数据传输率可高达132MB/s.

2）线性突发传输

PCI 支持一种称为“线性突发”的数据传输模式，可确保总线不断满载数据。

3）极小的存取延误

支持PCI 的设备，存取延误很小，能够大幅度减少外围设备取得总线控制权所需的时间。

4）采用总线主控和同步操作总线主控是大多数总线都具有的功能，目的是

让任何一个具有处理能力的外围设备暂时接管总线，以加速执行高吞吐量、高优先级的任务。

5）兼容性强

PCI总线可以与ISA、EISA 及MCA 总线完全兼容，并且可以提供一个“共用插槽”，这大大节省了插槽所需占用的空间。

6）预留了发展空间

PCI 局部总线在开发时就预留了充足的发展空间，这是它的重要特性。例如，它可以将总线宽度由32位升级到64位，这时数据传输率将达到264MB/s。另外，PCI 还提供了自动配置功能，极大的方便了用户。

ETX 模块中的PCI 总线在X1连接器上，此连接器的功能信号包括PCI 2.1 规范的信号组，以及 4 对USB信号组和音频控制器信号。ETX 模块的PCI总线可以实现四个PCI 插槽的扩展（或者四个PCI设备），如图2所示。

图 2 4个PCI插槽扩展的连接实现

ETX 模块上的大多数PCI 信号都可以并行的连接到PCI 插槽上（或者PCI 设备上）。但是少量信号需要特殊处理：

IDSEL：不同插槽（或设备）的此信号连接（通过22Ω电阻）到一个不同的AD 线上；