ATOM處理器采用突破性全新設(shè)計的45納米工藝，將4700萬個晶體管集成至一塊面積小于25mm²的單一芯片中，從而成為了英特爾*體積小、功率低的X86處理器。由于性能出色，功耗很低，ATOM處理器非常適用于移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、低功耗移動互聯(lián)網(wǎng)計算機、基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)臺式機，以及對功耗要求苛刻的工業(yè)應(yīng)用場合[1]。

本文針對工業(yè)控制系統(tǒng)小體積、低功耗的應(yīng)用需求，利用Intel新的低功耗移動ATOM處理器特點，提出一整套工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計方案。

1 平臺架構(gòu)

Intel定義的“迅馳Atom處理器技術(shù)”整套平臺包括Intel Atom處理器（Silverthorne和Diamondville）、低功耗“伴侶芯片”（橋芯片）以及超薄超輕的設(shè)計。Diamondville與945GSE橋芯片搭配組成Navy Pier平臺。Silverthrone和代號Pouslbo的橋芯片搭配組成Menlow平臺。Navy Pier平臺采用兩塊橋芯片，體積較大，主要適用于消費電子類產(chǎn)品，Menlow平臺中采用集成的橋芯片，整個平臺體積較小，功耗很低，非常適合工業(yè)平臺應(yīng)用，本文采用的是Menlow平臺的實現(xiàn)方案。

Menlow平臺主要由Poulsbo橋芯片和ATOM Z5××處理器組成。Poulsbo 橋芯片面積22 mm×22 mm，可提供兩條PCI-E x1插槽、1個IDE PATA 100接口、3個SDIO和MCC存儲卡插槽，內(nèi)部集成了USB 2.0控制器、內(nèi)存控制器、高清晰度音頻控制器、圖形核心等眾多模塊。在圖形核心方面采用GMA500核心，核心頻率高達200 MHz，支持DirectX 9、OpenGL和3.0+Shaders，同時支持硬件解碼H.264、MPEG2、MPEG4、WMV9等[2]。

本設(shè)計中采用單通道內(nèi)存控制器，可以支持DDR2 533和 DDR2-400。通過橋片擴展了網(wǎng)口、LVDS、DVO口，4個USB口，1個PATA和SATA。音頻為HD Audio。其他的如RS232、系統(tǒng)燈指示、開關(guān)機控制則通過LPC總線擴展實現(xiàn)。

2 系統(tǒng)電源的設(shè)計

電源是ATOM系統(tǒng)設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，難度在于：(1)因為要給多個功能模塊供電，需要采用很多開關(guān)電源，對整個系統(tǒng)的EMI電磁干擾影響很大。(2)要充分考慮電源的轉(zhuǎn)換效率。ATOM處理器主要用在便攜式的應(yīng)用場合，在選用器件時，不但要保證功率足夠，還要經(jīng)濟高效。電池的供電時間，也是整個系統(tǒng)性能考核的重要一環(huán)。電源轉(zhuǎn)換時功率損失所產(chǎn)生的熱量也會造成系統(tǒng)溫度上升，導(dǎo)致系統(tǒng)散熱成本的增加。

在本設(shè)計中，利用LT4100實現(xiàn)電池的充放電管理。VIN_3.3 V為常備電壓，只要外接電源或內(nèi)部電池有電，芯片7803就工作。該芯片主要是負責(zé)給EC供電。EC一旦檢測到開機按鍵信號，就產(chǎn)生開機脈沖POWEREQ#，LT3780開始工作，電源管理電路開始運行，后續(xù)電路依次使能。設(shè)計中選用SC454為CPU內(nèi)核供電芯片，該片是單相高性能PWM控制器,于增強型IMVP-6和IMVP6+TM處理器。片內(nèi)支持所有IMVP-6/6+的需求，如有效電壓步進、輸出電壓動態(tài)可調(diào)，深睡眠設(shè)置等。SC454使用了遲滯控制技術(shù)，比傳統(tǒng)的PWM控制器有著更快的反應(yīng)速度。刪除了敏感電阻，減少了功耗，簡化了PCB布板。集成智能化驅(qū)動技術(shù)通過軟開關(guān)控制上下兩側(cè)的MOS管，有效減少了過沖、振鈴和EMI。該芯片提供系統(tǒng)時鐘使能腳CLKEN#和過熱指示信號VRTT#。在電源輸出穩(wěn)定后，CLKEN#打開系統(tǒng)時鐘芯片；過熱時，VRTT#提供信號給橋片，關(guān)閉系統(tǒng)。SC454根據(jù)處理器負載情況調(diào)節(jié)核心電壓，負載上升時，逐步下降電壓，從而能夠使高負載狀態(tài)下的CPU耗電量降低。從而確保系統(tǒng)有比較低的TDP、平均與主動耗電量。

選用SC486產(chǎn)生DDR內(nèi)存的1.8 V電源，SC415產(chǎn)生橋片的內(nèi)核電壓+VCCP和輔助I/O電壓+V1.5S，SC454產(chǎn)生+VCC_CORE。在實際應(yīng)用過程中，上電次序很重要，一般情況下，先開SC486，輸出電壓穩(wěn)定后，再開SC415，+VCCP和+V 1.5S穩(wěn)定后才使能SC454，輸出+VCC_CORE。關(guān)機次序則相反。本項目采用CPLD實現(xiàn)了電源的開關(guān)機和低功耗處理，包括進操作系統(tǒng)后的關(guān)機、待機、休眠以及重啟功能。

為了提高系統(tǒng)可靠性以及電磁兼容特性，電源的合理布局非常重要。正確的解決方案是在印制電路板的電源層按電源布局分割出相應(yīng)數(shù)量的電源塊。每個電源塊都應(yīng)保證足夠的面積以負荷工作電流，而且擁有各自獨立的返回地線以有效避免不同電源之間的干擾。其次還應(yīng)該在電源上加不同頻響段的退耦電容以保持電源的純凈。

3 時鐘拓撲

系統(tǒng)所需要的各種時鐘信號由時鐘發(fā)生器ICS9UMS9001 產(chǎn)生，特點如下：專為超級移動PC（UMPC）設(shè)計的時鐘芯片，芯片內(nèi)部大限度抑制EMI電磁干擾；外加14.318 MHz晶振為振蕩源；支持電源管理模式，具有低功耗和正常工作兩種模式。本設(shè)計中，將模式選擇輸入管腳和SC454的CLKEN#連接，確保在CPU內(nèi)核上電時，時鐘發(fā)生器工作，在休眠、待機等情況時，同步進入低功耗模式。