武漢華中師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(430079) 譚文虎 楚育軍 武漢三角路中學(xué)(430079) 王小麗

    1 ZFX86簡介

　　ZFX86是ZF Micro Devices公司設(shè)計(jì)的35mm×35mm的超低功耗(100MHz的工作頻率下小于0．5W)片上PC；帶有奔騰級North／South Bridge的Cyrix FP DX的32位核，CPU內(nèi)核可工作在133MHz；采用BGA封裝的CPU芯片，在-10℃～60℃工作無需風(fēng)扇，在設(shè)計(jì)專用系統(tǒng)時(shí)，ZFX86解決了由于風(fēng)扇可靠性低引起的系統(tǒng)故障。ZFX86支持Windows 9X、Windows CE、Windows NT、Linux等多種操作環(huán)境。由于它帶有專有的自動防故障裝置系統(tǒng)(FailSafe TM)和強(qiáng)大的內(nèi)部資源，因而可以作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享設(shè)備的處理核心，使得系統(tǒng)在性能和安全方面都具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

　　ZFX86主要由以下部分組成：工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的32位處理器內(nèi)核、北橋(North Bridge)、南橋(South Bridge)、帶有ZF專有代碼的12KB的ROM(BIOS Update ROM)、ZF專有數(shù)字邏輯等。ZFX86的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

    ZFX86處理器內(nèi)核是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的32位處理內(nèi)核。這種內(nèi)核帶有集成的浮點(diǎn)協(xié)處理器和8KB的L1(Level 1)Cache。處理器支持8位、16位和32位的數(shù)據(jù)類型，可以工作在實(shí)時(shí)、虛擬的8086和保護(hù)模式。通過32位的脈沖模式總線，CPU可以訪問到256MB的物理存儲空間。通過利用一個(gè)數(shù)學(xué)協(xié)處理器，CPU并行處理浮點(diǎn)指令。由于處理器采用靜態(tài)設(shè)計(jì)及其特有的電源管理模式(SMM)，使得處理器成為一款理想的低功耗內(nèi)核。

　　北橋模塊是高性能的32位控制器，是基于為奔騰級處理器設(shè)計(jì)的PC87550 PCI系統(tǒng)控制器。北橋控制器的存儲控制器用于支持SDRAM；存儲器可以設(shè)置為16位或32位，支持256MB的存儲空間。SDRAM的寫緩沖器為32B，CPU到PCI的寫緩沖器為32B，PCI的寫緩沖器為16B。

　　南橋模塊是一個(gè)增強(qiáng)的PCI-to-ISA橋模塊，該模塊提供AT／ISA功能。南橋的內(nèi)部功能模塊包括Front-PCI interface／Back-side PCI總線、PCI配置寄存器、IDE控制器(UDMA-33)、USB控制器、集成高級I／O口、ISA總線接口、AT兼容邏輯、電源管理模塊、8個(gè)通用I／O口和ZF Logic。

　　ZF FailSafe Boot ROM帶有12KB的BIOS Update ROM(BUR)。BUR是ZFX86的內(nèi)置軟件，該軟件用作原型調(diào)試工具和Flash的更新單元。啟動時(shí)，BUR執(zhí)行基本的單元初始化功能和測試ZF的內(nèi)部靜態(tài)RAM。BUR的代碼功能可分為4種屬性：基本部件初始化及基本調(diào)試程序診斷功能、通過Z-tag實(shí)現(xiàn)取數(shù)和執(zhí)行及為用戶代碼提供的基本操作系統(tǒng)功能。

　　ZF專有數(shù)字邏輯包含：特殊和通用的片選、看門狗定時(shí)器、脈寬調(diào)制(PWM)產(chǎn)生器、Z-tag接口和flash控制器等部分。

　　2基于NAS的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享設(shè)備的設(shè)計(jì)思想

　　2．1 NAS簡介

　　網(wǎng)絡(luò)附加存儲(Network Attached Storage，NAS)是一種專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)文件存儲及文件備份設(shè)備。它通過自帶的網(wǎng)絡(luò)接口把存儲設(shè)備直接連入到網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享。按照TCP／IP協(xié)議進(jìn)行通信，面向消息傳遞，以文件的I／O方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。一個(gè)NAS包括核心處理器、文件服務(wù)管理工具、1個(gè)或者多個(gè)用于數(shù)據(jù)存儲(例如磁盤陣列、CD／DVD驅(qū)動器或可移動的存儲介質(zhì))的硬盤驅(qū)動器。NAS系統(tǒng)建立在現(xiàn)有的LAN和文件系統(tǒng)協(xié)議之上。NAS以標(biāo)準(zhǔn)化訪問協(xié)議(如NFS和SMB)為客戶提供服務(wù)，能夠提供異構(gòu)平臺間的文件和數(shù)據(jù)的共享。

　　2．2 NAS的體系結(jié)構(gòu)

　　本文所設(shè)計(jì)的NAS系統(tǒng)主要用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和資源的管理。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)是以ZFX86作為核心處理器，以外存儲器SDRAM作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記憶緩處理單元，外圍RAID接口用來連接磁盤陣列。磁盤陣列連接一系列硬盤，用來存儲大容量的數(shù)據(jù)，為客戶端提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)。同時(shí)大容量的空間為客戶端提供一定的磁盤共享服務(wù)。對于一個(gè)共享設(shè)備來說，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換，操作系統(tǒng)和文件管理軟件直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能。在本系統(tǒng)中，采用經(jīng)最大量裁減的嵌入式Linux作為NAS的操作系統(tǒng)，以嵌入式數(shù)據(jù)庫加上PHP和Apache作為Web管理系統(tǒng)的平臺。在設(shè)計(jì)中，可以把這些系統(tǒng)作為一個(gè)整體放在DOC盤，嵌入在硬件平臺中。這樣使整個(gè)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，增加了可靠性和安全性，也節(jié)約了資源。NAS的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    2．3基于ZFX86的NAS的硬件結(jié)構(gòu)

　　采用ZFX86為核心處理器的NAS硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。采用RAID接口掛接4個(gè)硬盤實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的存儲，采用DOC盤(DiskOnChip 2000)作為嵌入式Linux的系統(tǒng)啟動盤，硬件平臺具有10M／100M Base-T高速以太網(wǎng)功