Motorola32位嵌入式微處理器MPC860的開(kāi)發(fā)應用

1 MPC860

　　MPC860 PowerQUICC是當今比較流行、性能相當優(yōu)越的單片集成嵌入式微處理器。它內部集成了微處理器和一些控制領(lǐng)域的常用外圍組件，特別適用于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )和數據通信。PowerQUICC可以稱(chēng)為MC68360在網(wǎng)絡(luò )和數據通信領(lǐng)域的新一代產(chǎn)品，各方面性能包括適應性、擴展能力和集成度等獲得了較大提高。MPC860 PowerQUICC通信處理器可根據用戶(hù)不同的要求提供2～4個(gè)串行通信控制器、不同規格的指令和數據緩存，各種級別的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議支持。該產(chǎn)品專(zhuān)為寬帶接入設備如路由器、接入集線(xiàn)器、LAN/WAN交換機、PBX系統和STM網(wǎng)關(guān)等設計。

　　圖1是MPC860結構圖。它包括三個(gè)主要模塊:PowerPC核心、系統接口單元(SIU)、通信處理模塊(CPM)。

PowerPC是主要的處理機單元，通常稱(chēng)為 Embedded PowerPC核心(或EPPC)。它包括數據和指令的緩存和存儲器管理單元(MMU)，在40MHz時(shí)鐘時(shí)為50 MIPS 指令速度。

　　第二個(gè)主要的模塊為系統接口單元(SIU)。主要包括:總線(xiàn)監視器、假中斷監視器、軟件看門(mén)狗、中斷定時(shí)器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)、復位控制器、不占用內部開(kāi)銷(xiāo)的片內總線(xiàn)仲裁、JTAG1149.1測試口。它的一個(gè)主要功能是提供內部總線(xiàn)和外部總線(xiàn)的接口。

　　第三個(gè)主要模塊為通信處理機模塊(CPM)。主要包括:RISC控制器、所有串行通道口支持連續接收和發(fā)送模式、5K字節雙口RAM、16個(gè)串行DMA(SDMA)通道、三個(gè)平行I/O寄存器、四個(gè)波特率獨立的發(fā)生器(可以連接到任意一個(gè)SCC和SMC，并允許運行中改變，支持自動(dòng)波特率)、四個(gè)串行通信控制器(SCC)(支持以太網(wǎng)、HDLC/SDLC、HDLC 總線(xiàn))、兩個(gè)串行管理控制器(SMC)(UART方式或透明傳輸)、一個(gè)串行外圍接口電路(SPI)(MC68302 SCP的擴展，支持主從模式，支持同一總線(xiàn)上多主操作)、一個(gè)I2C(Inter-Integrated Circuit)接口(支持主從模式，支持多主環(huán)境)。CPM在幾個(gè)不同的通信設備如SCC和SMC上發(fā)送、接收數據，所有的通信設備可以獨立工作。SCC和SMC也可以用于時(shí)分復用總線(xiàn)。

　　在圖1中，CPM模塊中有一個(gè)32位RISC微處理機。MPC860有兩個(gè)CPU:PowerPC和32位RISC。PowerPC執行高層代碼，RISC處理實(shí)際通信的低層通信功能。由于CPM分擔了嵌入式PowerPC核的外圍工作任務(wù)，這種雙處理器體系結構功耗要低于傳統體系結構的處理器。兩個(gè)處理器主要是通過(guò)內部存儲空間相互配合工作。在存儲器區，每個(gè)處理器都可以設置控制位、讀狀態(tài)位。在圖1中，有16個(gè)串行DMA單元。每個(gè)通信設備都有一個(gè)發(fā)送DMA和接收DMA，32位RISC控制這16個(gè)串行DMA在通信設備和存儲器之間傳送數據。當MPC860接收數據時(shí)，串行DMA從通信設備接收數據并放入存儲器中;發(fā)送數據順序相反，串行DMA從存儲器中取數據，送到通信設備，串行DMA只服務(wù)CPM的RISC，但是兩個(gè)虛擬IDMA可以為用戶(hù)DMA所用。

2 ADM系統

2.1 系統概述

　　ADM即分插復用器，它是一個(gè)三端口設備，具有兩個(gè)SDH光接口(線(xiàn)性接口)，通過(guò)另一端可以靈活地上/下路復用在STM信號中的低速率信號。ADM內部還具有時(shí)隙交換功能，允許兩個(gè)STM信號之間不同VC的互聯(lián)，并能方便地進(jìn)行帶寬管理。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )中，根據ADM的結構特點(diǎn)，可靈活地用在網(wǎng)絡(luò )中不同的位置。在本系統中，主要任務(wù)是將155.52Mb/s的STM-1高速信號經(jīng)光/電轉換，從幀結構恢復出低速的2.048Mb/s的E1信號，其逆過(guò)程正好相反。從理論上來(lái)說(shuō)，將STM-1信號可以上下63路E1信號，為了系統的可維護性和美觀(guān)性，故采用4塊支路，每塊上下16路。

　　從圖2可以看出，分插復用器ADM是一種新型的網(wǎng)絡(luò )單元，是SDH中應用最廣、最富特色的設備。它將同步復用和數字交叉連接功能綜合于一體，具有靈活的分插任意支路信號的能力，在網(wǎng)絡(luò )設計上有很大的靈活性;采用同步復用方式和靈活的復用映射結構，可使高速信號一次直接分插出低速支路信號，即所謂的一步復用特性。ADM利用時(shí)隙交換實(shí)現寬帶管理，并且無(wú)需分接和終結整體信號，即可將各種G.703規定的接口信號(PDH)或STM-1信號(SDH)接入STM-M(M>1)內作任何支路。

群路:對接收信號進(jìn)行光/電轉換，再生恢復出接收數據，同時(shí)將高速的信號轉變?yōu)椴⑿械男盘?，從中分離出接收段開(kāi)銷(xiāo)SOH，并對指針進(jìn)行解釋?zhuān)崛C-4POH，進(jìn)入虛容器VC-4處理，恢復下行的VC-4凈負荷，同時(shí)提供FPGA(交叉疊加模塊)接口;反過(guò)來(lái)將需要上行的VC-4凈負荷插入VC-4通道開(kāi)銷(xiāo)POH，經(jīng)過(guò)AU-4指針調整，并插入段開(kāi)銷(xiāo)SOH，經(jīng)電/光轉化上線(xiàn)路，成為STM-1信號。

　　支路:可用專(zhuān)用的芯片從數據總線(xiàn)具有VC-4的信號經(jīng)過(guò)均衡、碼型恢復，解復用出所需的63路E1信號;反過(guò)來(lái)，將E1信號異步映射進(jìn)入TU-12中，并將格式定為VC-4。

　　交叉疊加矩陣模塊:特定用途集成電路(FPGA)提供了良好的解決方案，降低了產(chǎn)生電信號的復雜性;另外，也有利于降低不同特征的結合。所有通信都經(jīng)過(guò)此模塊，不管是低速向高速復用，還是高速向低速分插，甚至高速流的通過(guò)。此連接將有固定通道或者有程序設定，配置為分插復用設備、終端及轉發(fā)器。在該模塊中，信號進(jìn)行相應的延遲，產(chǎn)生一定的片選和觸發(fā)信號，特別對于復用的信號，有直接的觸發(fā)作用。

　　時(shí)鐘板:在數字傳輸和素質(zhì)交換的數字網(wǎng)絡(luò )中，網(wǎng)同步特別重要。網(wǎng)同步的目標就是使各節點(diǎn)時(shí)鐘頻率和相位都控制在預先確定的容差范圍內，以便使網(wǎng)內的數字流實(shí)現正確有效的傳輸和交換，避免數據因時(shí)鐘不同步而產(chǎn)生滑動(dòng)損傷。時(shí)鐘板的功能就是實(shí)現網(wǎng)同步，為SDH單元提供系統時(shí)鐘信號。

　　公務(wù)板:利用STM再生段中的E1字節來(lái)實(shí)現SDH網(wǎng)中各站之間的語(yǔ)音聯(lián)絡(luò )。本系統公務(wù)板的特點(diǎn)為:

　　(1)PCM語(yǔ)音編碼，64Kbit/s編碼速率，音質(zhì)較好;

　　(2)能實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)、點(diǎn)對組、點(diǎn)對全線(xiàn)的呼叫;

　　(3)多方會(huì )議通話(huà)方式;

　　(4)聯(lián)絡(luò )信令插在PCM通話(huà)數據流中，對通話(huà)質(zhì)量無(wú)影響。

2.2 系統控制器――網(wǎng)元控制板

　　對于每一個(gè)單模塊的控制管理，采用最普遍的80C31單片機，管理通信及監測系統性能，對不同的告警及時(shí)上報或屏蔽。主控制器采用實(shí)時(shí)處理很強和通信能力高的Motorola32位單片集成微處理器MPC860，采用串口RS232與各模塊中的單片機進(jìn)行多機(8031)通信，及時(shí)處理告警及環(huán)路能力，此外還提供了高級網(wǎng)管的Qx接口。網(wǎng)管系統可通過(guò)一個(gè)Qx接口或內嵌的通信通道(ECC)對所有網(wǎng)絡(luò )內的同步復接器進(jìn)行中央控制，如圖3所示。時(shí)鐘分配為:提供同步時(shí)鐘基準信號，用于內部的數據總線(xiàn)及外部的接口。此處用三級振蕩器(4.6ppm的誤差)，給不同模塊提供不同的時(shí)鐘。

在網(wǎng)元控制板中，配置了FLASH BOOTROM嵌入式VxWorks實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統的引導程序，用于保存重要的數據;FLASH DATABASE存儲應用程序;DRAM作為程序運行和保存臨時(shí)文件的空間。

　　在這個(gè)網(wǎng)元控制板中，MPC860是核心單元，它實(shí)現對各通信口的處理和調度，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)處理的要求。

　　Qx接口:Qx接口用于與上層網(wǎng)管通信，采用以太網(wǎng)(Ethernet)接口，使用CPU(MPC860)的SCC1。為得到以太網(wǎng)的標準電平，需要用以太網(wǎng)接口芯片擴展出以太網(wǎng)的標準TP接口，用專(zhuān)門(mén)的變壓器芯片轉換電平。一般的網(wǎng)管用PC機，加上相應的網(wǎng)管軟件就可以對各單板進(jìn)行管理和性能監測，比較形象直觀(guān)地反映系統情況。