MPC755是Freescale公司开发的PowerPC系列微处理器中具有卓越性能的G3代产品。本文介绍了以MPC755为核心的嵌入式计算机系统的结构框架、主要芯片、地址空间分配、实现难点,以及系统的调试方法和启动过程。该嵌入式系统处理能力优越,内核最高处理能力可达733MIPS,可用于语音处理、路由器、无线接入、VoIP、软交换等。
伴随着信息化时代的来临,嵌入式系统在通信中的应用越来越广泛CONTROL ENGINEERING China版权所有,人们对带宽的需求越来越高,而新业务要求嵌入式系统具备更强的处理能力。本文以MPC755为核心,构建了一个功能强大、高度模块化、实时性强、具备高度可扩展性的嵌入式计算机系统,可用于语音处理、路由器、无线接入、VoIP、软交换等众多场合。因为MPC755具有并行执行数条指令、简单指令的快速执行、流水线操作等优点,所以该系统处理能力优越,内核最高处理能力可达733MIPS。通过主/PCI桥MPC107扩展了多种通讯协议处理接口,符合多种RTOS(实时操作系统www.cechina.cn,如VxWorks、嵌入式Linux等)对其运行平台的要求。
图1:MPC755结构框图。
MPC755处理器
MPC755内嵌了独立的32K字节指令和数据高速缓存www.cechina.cn,以及指令和数据内存管理单元(MMU)。L2 Cache(二级高速缓存)控制单元最大可外接1M字节SRAM,用作二级高速缓存。总线接口单元向外引出60X总线,可以外接具有60X总线的设备。当内核工作在400MHz时,性能高达733MIPS。MPC755还包含了一个性能监视器、一个遵循IEEE1149.1标准的JTAG调试接口、以及温度管理单元等(MPC755功能结构见图1)。
MPC755在引脚定义和软件代码上都向下兼容,核心电压为2.0V,I/O电压3.3V/1.8V可选。MPC755内核的最高频率是400MHz。系统时钟通过SYSCLK0引脚输入,经过PLL电路倍频,产生内核时钟,即主频。引脚PLL_CFG[0:3]在系统上电时的配置值(本设计中是0b'1010) 决定了倍频系数。
系统总体设计
图2是基于MPC755的嵌入式计算机的系统框图。由图可见,MPC755的接口扩展主要依赖于主/PCI桥--MPC107。MPC755本身只外接了二级缓存,以提高系统性能。而其它接口都从MPC107引出,包括一个串口,一个10M/100M自适应网口,I2C口等。串口和网口符合多种RTOS对运行平台的要求,且在硬件上满足了嵌入式系统的两种主要调试手段(串口调试和以太网调试),应用开发相当容易。PMC槽使系统具备较强的现场可扩展性,可满足不同的应用需求。
图2:基于MPC755的系统框图。
1. MPC107
MPC107是Freescale公司开发的一种高性能、高带宽的PCI桥接芯片。图3显示了MPC107的基本结构。MPC107一侧是60X总线接口CONTROL ENGINEERING China版权所有,总线宽度32位/64位可选,最高频率100MHz,另一侧是PCI总线接口。芯片内部集成了存储器控制器、DMA控制器、可编程中断控制器、4个定时器、I2C控制器、消息单元(I2O)、PCI仲裁器、看门狗电路、动态电源管理单元,PCI总线性能监视单元、JTAG接口等。
存储器控制器共有12个片选空间,其中8个RAM片选空间,CS[0:7]。每个片选空间的时序可编程,可支持FPM DRAM、EDO DRAM或SDRAM,最大可外接1GB RAM。另4个是ROM片选空间,RCS[0:3],支持8位、32位、64位接口宽度,最大可外接144MB ROM。
2. 存储器
本系统在CS0空间中扩展128MB的SDRAM,用5片256M位(16M(16位)SDRAM拼成,其中一片用作ECC,其余4片用作系统内存。
Flash选用了Intel公司的28F016S3,2M字节。因为系统启动时,必须从RCS0上的设备读取启动代码,因此,Flash的片选连接到RCS0上。
At24C04是512字节的EEPROM,通过I2C总线连接到MPC107,用于存储系统信息,例如,产品名称、版本号、网口的物理地址等。
图3:MPC107结构框图。
二级高速缓存选用了IDT公司的IDT71V35761,每片128K(36位CONTROL ENGINEERING China版权所有,共2片,组合成128K×72位,其中64位是数据线,另外8位是校验信号。芯片的最