WBT系統結構、發展與設計概要

摘要：本文主要介紹WBT的發展狀況、系統框架結構及設計要點；并給出一實際
產品的系統框圖。

關鍵詞：綠色 嵌入式 X86兼容 WBT GX1

前言

WBT（Windows-based Terminal，簡稱圖形終端）是近年來發展極為迅速的一種PC分支，因其具有零維護、高可靠、防病毒、免升級等諸多特點，已被世界各大PC廠商廣為采納；在國內，聯想、實達、清華同方等IT大廠也不甘人后，紛紛推出諸多各具特色的產品。

眾所周知，IA產品非常注重價格（Price）、性能（Performance）和功耗（Power）的3P優化，WBT作為一種典型的IA產品，在這些方面的表現尤為突出，根據筆者的實際測試，有些產品的3P參數相當令人滿意，在銀行、金融、證券等特種行業發展之快，已大有取代無盤工作站之勢。

WBT發展歷程

從Intel在97年推出Pentium MMX(俗稱430TX）并確立南、北橋概念起，主板芯片組因應低價PC的興起，經過長期的發展，產生了整合型芯片組(Integrated Chipset)。

所謂整合型芯片組，以1999年到2000年的定義而言，傳統的北橋芯片整合了2D/3D繪圖顯示芯片的功能，另外南橋芯片也整合了 Super I/O,AC97 等線路或規格，這種整合顯示功能的芯片組，以威盛（VIA）的 Apollo MVP4,SiS（硅統）的620,630 ( SLOT1/Socket370),以及 Intel 810/815e 芯片組最為著名。

除整合型芯片組外，還有一種被稱為 SoC (System On Chip ) 的整合單芯片，它除了整合傳統的北橋芯片、顯示電路之外，甚至連 x86 結構的處理器都整合進去，整臺計算機幾乎只要一塊芯片（或搭配少數 IC 芯片) 就可以搞定，最著名的當數美國國家半導體（NS - National Semiconductor ) 的Geode 系列處理器。

Geode 系列處理器有三大市場定位：STB、WBT、WebPAD。本文主要介紹針對WBT的GX1系列處理器。

GX1系列處理器簡介

Geode GX1是兼容Cyrix GX的32位X86芯片，擁有典型第六代CPU的特點，載入/存儲單元可以對load/store操作進行重新排序，單周期和單指令解碼能大幅提高CPU指令執行的效率。

NS本來是一間專業的半導體廠商，本身并不生產CPU，為了進軍IT產業，NS出巨資收購了當時聲威顯赫的三大CPU（PC）廠商之一的Cyrix公司，在得到所有的Cyrix CPU制造技術之后，便將當時利潤日漸走低的傳統PC業轉手賣給VIA，只留下具有更大發展前途的整合型芯片技術，這就是為什么說GX1是兼容Cyrix X86芯片的由來。

概括說來，GX1具有以下一些基本特性：

1、0.18微米四層金屬CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體）處理，完全靜態設計。

2、UMA（Unified Memory Architecture，統一內存架構），以主內存作為帖緩存和視頻內存，減少PCB（printed circuit board，印刷電路板）需求和成本。

3、32位X86處理器，集成FPU（Float Point Unit，浮點運算單元）、MMU（Memory
Management Unit，內存管理單元）。

4、支持多種標準：APM（Advanced Power Management，高級能源管理）、ACPI（Advanced
Configuration and Power Interface，先進設置和電源管理）兼容所有標準處理器（C0-C4
級）狀態、主動型On Now設計。

5、直接支持三種PCI總線主控，允許PCI控制存取主內存與CPU存取L1緩存同時進行。

6、提供兼容VGA的XpressGraphics虛擬圖形子系統，純硬件GUI（Graphics User
Interface，圖形用戶界面）加速。

7、16位XpressAudio虛擬音頻子系統：16位混音FM合成、OPL3模擬、MPU-401 MIDI接口。

8、多種操作系統支持，包括：微軟Windows 95/98/2000/NT/CE/NTE，WindRiver System
的VxWorks，QNX Software Systems的QNX和Linux。

由以上特點可知，GX1的確稱得上是一款性能相當優異的處理器，我想，這也許就是為
什么在Transmeta（全美達）推出Cursoe處理器之后，NS仍然堅持出品GX1的主要原因吧。

WBT設計概要

由于WBT在應用對象上不同于傳統的PC，所以在其整機系統的設計上有一些需要注意和明確的事項，下面我們分兩部分進行討論：

一、硬件系統設計說明：

眾所周知，硬件系統設計的好壞直接決定了整個系統的性能表現，因此，在開始進行硬件設計前，我們必須明確一些事實上的設計準則：

1、 低功耗。

WBT之所以被稱為綠色PC，就是因為其耗電量相當低；但是，由于各個公司的設計方法不同，其成品機在這方面的指標差異也是很大的，大約從5W~20W不等，其間竟相差4倍之多。

2、 小體積。

體積的逐步減小是現代PC發展的一個趨勢，其最明顯的優點就是攜帶移動方便、成本也可以降低。由于GX1及其工作伴侶CS5530A均為BGA封裝，加之Super I/O芯片PC97317封裝也較大，所以，在機內不加散熱風扇的話，要想減小體積就必須在外圍電路上下足工夫，具體操作時可根據實際需要對外設進行適當的刪減，目前這方面做得好的機型其體積均小于150X100X30mm。

3、 高性價比。

雖然性能與價格是矛盾的對立統一體，但是，針對WBT卻有必要值得一提。按照常規設計思維，對性能和成本的取舍是很難把握的，而WBT由于必須借助服務器才能完成一定的任務操作，在這里就有了一個相互適應與影響的問題；一般而言，考慮到靈活性和方便性，整個應用網絡的性能提高主要是靠提升服務器的性能來實現的，這就對WBT工作速度的性能要求相對要低一些，同時又可取得降低系統功耗和成本的目的，可謂是一舉兩得！現在市面流行的主流處理器為GX1 300MHz，經筆者進行實際應用測試，相對GX1 200MHz處理器其綜合性能并未大幅提高，而價格卻要高出幾個美金。

以上是筆者在系統設計過程中的一些個人體會，下面筆者給出一實際WBT產品的完整系統框圖：

由于篇幅有限，原理圖在此略去。

為了讀者在進行類似系統設計時少走彎路，特請注意以下幾點：

1、 由于GX1系列處理器的頻率調整是靠CPU的CLKMODE0、CLKMODE1、CLKMODE2三個管腳分別接不同的電平來實現的（具體調整方法見表一），故在PCB板設計時應將其設計為跳線組合式結構，以適應不同頻率的CPU。

2、 在采用GX1 200MHz 處理器時，雖然在其DATASHEET上標明vcc2的工作電壓為1.6V，但由于芯片本身制程的原因，在此電壓下工作，有時畫面會出現細微的波紋現象，最好將其調整為1.8V下工作。另外，在系統電源供電不足的情況下，也會出現波紋現象，值得注意的是此故障原因很難被發現！

3、網絡部分的濾波變壓器和RTC8139C、RJ-45插座的連線必須短而粗，否則，即使電路設計無誤，網絡也不能正確連接。

4、 為保證整個系統的穩定工作，在進行PCB板設計時，應在主要芯片下部預留散熱孔，
以利芯片散熱。

二、軟件系統設計說明：

由于GX1系列處理器支持WinCE、Linux等諸多操作系統，在設計BIOS程序時，首先要考慮硬件驅動程序的兼容性。特別是在系統為減小體積和成本而取消CMOS信息保護電池時，各種硬件的默認參數值必須考慮周全。

WBT存儲器結構一般有以下三種：

1、BIOS;

2、BIOS + DOC;

3、BIOS + DOM/FDM.

其中，以第一種成本最低，但程序編寫難度也最大；第三種次之；第二種成本最高。現在市面上的機型主要為后兩種。

由于軟件編寫的靈活性較大，讀者可根據自己的具體情況自由發揮，但有一點，對WBT來說，短小精悍的程序一定可以左右整個系統的成本。

結語

WBT的設計從本質上說類似于PC主板的設計，它采用的也是整合芯片組，只不過功耗和體積較小而已，而其外設接口，如串、并口；USB;鍵盤/鼠標等一應俱全。所以，熟悉和掌握WBT的設計方法，無疑會使我們進一步加深對PC體系結構的認知和了解！