WBT系统结构、发展与设计概要

    摘要：本文主要介绍WBT的发展状况、系统框架结构及设计要点；并给出一实际
产品的系统框图。

    关键词：绿色 嵌入式 X86兼容 WBT GX1

前言

    WBT（Windows-based Terminal，简称图形终端）是近年来发展极为迅速的一种PC分支，因其具有零维护、高可靠、防病毒、免升级等诸多特点，已被世界各大PC厂商广为采纳；在国内，联想、实达、清华同方等IT大厂也不甘人后，纷纷推出诸多各具特色的产品。

    众所周知，IA产品非常注重价格（Price）、性能（Performance）和功耗（Power）的3P优化，WBT作为一种典型的IA产品，在这些方面的表现尤为突出，根据笔者的实际测试，有些产品的3P参数相当令人满意，在银行、金融、证券等特种行业发展之快，已大有取代无盘工作站之势。

WBT发展历程

    从Intel在97年推出Pentium MMX(俗称430TX）并确立南、北桥概念起，主板芯片组因应低价PC的兴起，经过长期的发展，产生了整合型芯片组(Integrated Chipset)。

    所谓整合型芯片组，以1999年到2000年的定义而言，传统的北桥芯片整合了2D/3D绘图显示芯片的功能，另外南桥芯片也整合了 Super I/O,AC97 等线路或规格，这种整合显示功能的芯片组，以威盛（VIA）的 Apollo MVP4,SiS（硅统）的620,630 ( SLOT1/Socket370),以及 Intel 810/815e 芯片组最为著名。

    除整合型芯片组外，还有一种被称为 SoC (System On Chip ) 的整合单芯片，它除了整合传统的北桥芯片、显示电路之外，甚至连 x86 结构的处理器都整合进去，整台计算机几乎只要一块芯片（或搭配少数 IC 芯片) 就可以搞定，最著名的当数美国国家半导体（NS - National Semiconductor ) 的Geode 系列处理器。 

    Geode 系列处理器有三大市场定位：STB、WBT、WebPAD。本文主要介绍针对WBT的GX1系列处理器。

GX1系列处理器简介

    Geode GX1是兼容Cyrix GX的32位X86芯片，拥有典型第六代CPU的特点，载入/存储单元可以对load/store操作进行重新排序，单周期和单指令解码能大幅提高CPU指令执行的效率。

    NS本来是一间专业的半导体厂商，本身并不生产CPU，为了进军IT产业，NS出巨资收购了当时声威显赫的三大CPU（PC）厂商之一的Cyrix公司，在得到所有的Cyrix CPU制造技术之后，便将当时利润日渐走低的传统PC业转手卖给VIA，只留下具有更大发展前途的整合型芯片技术，这就是为什么说GX1是兼容Cyrix X86芯片的由来。

    概括说来，GX1具有以下一些基本特性：

    1、0.18微米四层金属CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）处理，完全静态设计。

    2、UMA（Unified Memory Architecture，统一内存架构），以主内存作为帖缓存和视频内存，减少PCB（printed circuit board，印刷电路板）需求和成本。

    3、32位X86处理器，集成FPU（Float Point Unit，浮点运算单元）、MMU（Memory
Management Unit，内存管理单元）。

    4、支持多种标准：APM（Advanced Power Management，高级能源管理）、ACPI（Advanced 
Configuration and Power Interface，先进设置和电源管理）兼容所有标准处理器（C0-C4
级）状态、主动型On Now设计。

    5、直接支持三种PCI总线主控，允许PCI控制存取主内存与CPU存取L1缓存同时进行。

    6、提供兼容VGA的XpressGraphics虚拟图形子系统，纯硬件GUI（Graphics User 
Interface，图形用户界面）加速。

    7、16位XpressAudio虚拟音频子系统：16位混音FM合成、OPL3模拟、MPU-401 MIDI接口。

    8、多种操作系统支持，包括：微软Windows 95/98/2000/NT/CE/NTE，WindRiver System
的VxWorks，QNX Software Systems的QNX和Linux。

    由以上特点可知，GX1的确称得上是一款性能相当优异的处理器，我想，这也许就是为
什么在Transmeta（全美达）推出Cursoe处理器之后，NS仍然坚持出品GX1的主要原因吧。

WBT设计概要

    由于WBT在应用对象上不同于传统的PC，所以在其整机系统的设计上有一些需要注意和明确的事项，下面我们分两部分进行讨论：

    一、硬件系统设计说明：

    众所周知，硬件系统设计的好坏直接决定了整个系统的性能表现，因此，在开始进行硬件设计前，我们必须明确一些事实上的设计准则：

    1、 低功耗。

    WBT之所以被称为绿色PC，就是因为其耗电量相当低；但是，由于各个公司的设计方法不同，其成品机在这方面的指标差异也是很大的，大约从5W~20W不等，其间竟相差4倍之多。

    2、 小体积。

    体积的逐步减小是现代PC发展的一个趋势，其最明显的优点就是携带移动方便、成本也可以降低。由于GX1及其工作伴侣CS5530A均为BGA封装，加之Super I/O芯片PC97317封装也较大，所以，在机内不加散热风扇的话，要想减小体积就必须在外围电路上下足工夫，具体操作时可根据实际需要对外设进行适当的删减，目前这方面做得好的机型其体积均小于150X100X30mm。

    3、 高性价比。

    虽然性能与价格是矛盾的对立统一体，但是，针对WBT却有必要值得一提。按照常规设计思维，对性能和成本的取舍是很难把握的，而WBT由于必须借助服务器才能完成一定的任务操作，在这里就有了一个相互适应与影响的问题；一般而言，考虑到灵活性和方便性，整个应用网络的性能提高主要是靠提升服务器的性能来实现的，这就对WBT工作速度的性能要求相对要低一些，同时又可取得降低系统功耗和成本的目的，可谓是一举两得！现在市面流行的主流处理器为GX1 300MHz，经笔者进行实际应用测试，相对GX1 200MHz处理器其综合性能并未大幅提高，而价格却要高出几个美金。

    以上是笔者在系统设计过程中的一些个人体会，下面笔者给出一实际WBT产品的完整系统框图：

    由于篇幅有限，原理图在此略去。

    为了读者在进行类似系统设计时少走弯路，特请注意以下几点：

    1、 由于GX1系列处理器的频率调整是靠CPU的CLKMODE0、CLKMODE1、CLKMODE2三个管脚分别接不同的电平来实现的（具体调整方法见表一），故在PCB板设计时应将其设计为跳线组合式结构，以适应不同频率的CPU。

    2、 在采用GX1 200MHz 处理器时，虽然在其DATASHEET上标明vcc2的工作电压为1.6V，但由于芯片本身制程的原因，在此电压下工作，有时画面会出现细微的波纹现象，最好将其调整为1.8V下工作。另外，在系统电源供电不足的情况下，也会出现波纹现象，值得注意的是此故障原因很难被发现！

    3、网络部分的滤波变压器和RTC8139C、RJ-45插座的连线必须短而粗，否则，即使电路设计无误，网络也不能正确连接。

    4、 为保证整个系统的稳定工作，在进行PCB板设计时，应在主要芯片下部预留散热孔，
以利芯片散热。

    二、软件系统设计说明：

    由于GX1系列处理器支持WinCE、Linux等诸多操作系统，在设计BIOS程序时，首先要考虑硬件驱动程序的兼容性。特别是在系统为减小体积和成本而取消CMOS信息保护电池时，各种硬件的默认参数值必须考虑周全。

    WBT存储器结构一般有以下三种：

    1、BIOS;

    2、BIOS + DOC;

    3、BIOS + DOM/FDM.

    其中，以第一种成本最低，但程序编写难度也最大；第三种次之；第二种成本最高。现在市面上的机型主要为后两种。

    由于软件编写的灵活性较大，读者可根据自己的具体情况自由发挥，但有一点，对WBT来说，短小精悍的程序一定可以左右整个系统的成本。

结语

    WBT的设计从本质上说类似于PC主板的设计，它采用的也是整合芯片组，只不过功耗和体积较小而已，而其外设接口，如串、并口；USB;键盘/鼠标等一应俱全。所以，熟悉和掌握WBT的设计方法，无疑会使我们进一步加深对PC体系结构的认知和了解！