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基于CPCI总线的PowerPC主处理板设计

发布时间:2020-07-21 18:07:15 阅读: 来源:异型管厂家

摘要:介绍了嵌入式系统中使用的基于CPCI总线的PowerPC主处理板的设计方法,以目前广泛应用的G4系列RISC微处理器MPC7410作为核心处理器,以PC107作为控制器,PCI6150作为PCI-to-PCI桥,加上FPGA控制电路构成硬件平台,并移植VxWorks作为操作系统。提供多种标准接口,支持扩展功能,性能稳定可靠。关键词:CPCI总线;RISC微处理器;现场可编程门阵列0 引言 Compact PCI(简称CPCI)总线是“PCI总线工业计算机制造商组织”推出的一种工业计算机总线标准,近年来应用发展最为迅速。它由PC机上的通用总线PCI发展而来,既有PCI总线的高带宽、高性能、即插即用、价格低廉等诸多优点,又有无源背板总线VME总线的可靠性。CPCI总线在33MHz时钟、32位数据宽度的条件下可达到峰值132MB/s的带宽,在66MHz时钟、64位数据宽度的条件下可达到峰值528MB/s的带宽。 PowerPC是1993年IBM、Apple和Motorola公司(其半导体部门现在分拆为Freescale公司)联盟共同设计的。PowerPC技术以RISC(精简指令集计算机)为基础,该技术由IBM的POWER(性能优化的增强RISC)体系结构而来。PowerPC中的PC代表Performance Computing,PowerPC即超强的高性能计算处理器。因PowerPC芯片具有高性能和低功耗的特点,主要应用于嵌入式系统。1 系统结构 主处理板的系统结构框图见图1。主要由四部分组成:电源转换功能模块、PowerPC功能模块、外围接口(RS232串口、以太网口及PMC扩展接口)功能模块、CPCI总线(PCI-to-PCI桥)功能模块。

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2 硬件设计2.1 电源转换功能模块 电源设计在整个硬件设计中非常重要,好的电源设计才能保证主处理板正常稳定的工作。硬件上设计有4种电源:主供电电源5V(由外部提供),PowerPC7410内核电压1.8V,桥接芯片PC107内核电压2.5V,各芯片I/O电压3.3V。 采用LINEAR公司的DC/DC开关电源模块实现主供电电源5V到1.8V、2.5V和3.3V的电压转换,每路最大输出电流10A。该DC/DC电源模块代表了一种面向负载点电源的新型架构,它显著地简化了电源设计工作。它具有很多优秀的特点:高功率、高效率、尺寸小、重量轻、散热性能好等,除此之外,它还具有的一项独特性能是其无时钟延迟电流模式,从而令其能够对负载电流的快速变化迅速做出响应。2.2 PowerPC功能模块2.2.1 处理器 处理器采用飞思卡尔公司的PowerPC处理器MPC7410。主处理器通过桥接器MPC107访问板内资源。 MPC7410是G4系列的高性能处理器,G4在G3的基础上在性能上有很大提高,主要表现在支持对称多处理器(SMP)结构和引入了一流的Alti-Vec技术来处理矢量运算。AltiVec技术是一个128位的SIMD矢量处理引擎,为第四代PowerPC提供了卓越的处理性能,使其数据处理能力有了数量级的提升。 MPC7410内部主频最高为500MHz,每个时钟周期最多可以执行8条指令,其中包括4条矢量运算(AltiVec)指令和2条整型指令。通过加入AltiVec技术,处理能力达到了4G FLOPS。而1.8V的低电压操作大大降低了芯片的功耗,容易散热,从而大大提高了系统的稳定性。 MPC7410提供了两种总线模式:60X总线模式和MPX总线模式,不同的总线定义的信号也有所不同。总线的选择,可通过MPC7410的EMODE信号来选择,当EMODE信号在HRESET信号变为高电平时也为高电平,则选择了60X总线。反之,当EMODE信号在HRESET信号变为高电平时为低电平,则选择了MPX总线。由于60X总线具有优秀的连接性能和高数据传输速率,在本设计中采用60X总线作为MPC7410和芯片组的连接。 此外,还可通过对MPC7410的PLL信号设置产生不同的内核频率,本设计中处理器的外部频率为100MHz,采用5倍的频率系数,即处理器主频为500MHz。

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