基于MPC755的嵌入式計算機系統設計

　　MPC755是Freescale公司開(kāi)發(fā)的PowerPC系列微處理器中具有卓越性能的G3代產(chǎn)品。本文介紹了以MPC755為核心的嵌入式計算機系統的結構框架、主要芯片、地址空間分配、實(shí)現難點(diǎn)，以及系統的調試方法和啟動(dòng)過(guò)程。該嵌入式系統處理能力優(yōu)越，內核最高處理能力可達733MIPS，可用于語(yǔ)音處理、路由器、無(wú)線(xiàn)接入、VoIP、軟交換等。

　　伴隨著(zhù)信息化時(shí)代的來(lái)臨，嵌入式系統在通信中的應用越來(lái)越廣泛，人們對帶寬的需求越來(lái)越高，而新業(yè)務(wù)要求嵌入式系統具備更強的處理能力。本文以MPC755為核心，構建了一個(gè)功能強大、高度模塊化、實(shí)時(shí)性強、具備高度可擴展性的嵌入式計算機系統，可用于語(yǔ)音處理、路由器、無(wú)線(xiàn)接入、VoIP、軟交換等眾多場(chǎng)合。因為MPC755具有并行執行數條指令、簡(jiǎn)單指令的快速執行、流水線(xiàn)操作等優(yōu)點(diǎn)，所以該系統處理能力優(yōu)越，內核最高處理能力可達733MIPS。通過(guò)主/PCI橋MPC107擴展了多種通訊協(xié)議處理接口，符合多種RTOS(實(shí)時(shí)操作系統，如VxWorks、嵌入式Linux等)對其運行平臺的要求。 

　　MPC755處理器

　　MPC755是一種32位超標量微處理器，遵循了PowerPC處理器架構，有著(zhù)與PowerPC完全相同的指令集。芯片集成了6個(gè)獨立的執行單元(2個(gè)整數單元、1個(gè)加載/存儲單元、1個(gè)雙精度浮點(diǎn)單元、1個(gè)系統寄存器單元和1個(gè)跳轉處理單元)，在一個(gè)時(shí)鐘周期內最多可以同時(shí)執行6條指令。

　　MPC755內嵌了獨立的32K字節指令和數據高速緩存，以及指令和數據內存管理單元(MMU)。L2 Cache(二級高速緩存)控制單元最大可外接1M字節SRAM，用作二級高速緩存?？偩€(xiàn)接口單元向外引出60X總線(xiàn)，可以外接具有60X總線(xiàn)的設備。當內核工作在400MHz時(shí)，性能高達733MIPS。MPC755還包含了一個(gè)性能監視器、一個(gè)遵循IEEE1149.1標準的JTAG調試接口、以及溫度管理單元等(MPC755功能結構見(jiàn)圖1)。

圖1：MPC755結構框圖。

　　MPC755在引腳定義和軟件代碼上都向下兼容，核心電壓為2.0V，I/O電壓3.3V/1.8V可選。MPC755內核的最高頻率是400MHz。系統時(shí)鐘通過(guò)SYSCLK0引腳輸入，經(jīng)過(guò)PLL電路倍頻，產(chǎn)生內核時(shí)鐘，即主頻。引腳PLL_CFG[0:3]在系統上電時(shí)的配置值(本設計中是0b'1010) 決定了倍頻系數。

　　系統總體設計

　　圖2是基于MPC755的嵌入式計算機的系統框圖。由圖可見(jiàn)，MPC755的接口擴展主要依賴(lài)于主/PCI橋--MPC107。MPC755本身只外接了二級緩存，以提高系統性能。而其它接口都從MPC107引出，包括一個(gè)串口，一個(gè)10M/100M自適應網(wǎng)口，I2C口等。串口和網(wǎng)口符合多種RTOS對運行平臺的要求，且在硬件上滿(mǎn)足了嵌入式系統的兩種主要調試手段(串口調試和以太網(wǎng)調試)，應用開(kāi)發(fā)相當容易。PMC槽使系統具備較強的現場(chǎng)可擴展性，可滿(mǎn)足不同的應用需求。 

圖2：基于MPC755的系統框圖。

　　1. MPC107

　　MPC107是Freescale公司開(kāi)發(fā)的一種高性能、高帶寬的PCI橋接芯片。圖3顯示了MPC107的基本結構。MPC107一側是60X總線(xiàn)接口，總線(xiàn)寬度32位/64位可選，最高頻率100MHz，另一側是PCI總線(xiàn)接口。芯片內部集成了存儲器控制器、DMA控制器、可編程中斷控制器、4個(gè)定時(shí)器、I2C控制器、消息單元(I2O)、PCI仲裁器、看門(mén)狗電路、動(dòng)態(tài)電源管理單元，PCI總線(xiàn)性能監視單元、JTAG接口等。

圖3：MPC107結構框圖。

　　存儲器控制器共有12個(gè)片選空間，其中8個(gè)RAM片選空間，CS[0:7]。每個(gè)片選空間的時(shí)序可編程，可支持FPM DRAM、EDO DRAM或SDRAM，最大可外接1GB RAM。另4個(gè)是ROM片選空間，RCS[0:3]，支持8位、32位、64位接口寬度，最大可外接144MB ROM。

　　2. 存儲器

　　本系統在CS0空間中擴展128MB的SDRAM，用5片256M位(16M(16位)SDRAM拼成，其中一片用作ECC，其余4片用作系統內存。

　　Flash選用了Intel公司的28F016S3，2M字節。因為系統啟動(dòng)時(shí)，必須從RCS0上的設備讀取啟動(dòng)代碼，因此，Flash的片選連接到RCS0上。

　　At24C04是512字節的EEPROM，通過(guò)I2C總線(xiàn)連接到MPC107，用于存儲系統信息，例如，產(chǎn)品名稱(chēng)、版本號、網(wǎng)口的物理地址等。 

　　二級高速緩存選用了IDT公司的IDT71V35761，每片128K(36位，共2片，組合成128K×72位，其中64位是數據線(xiàn)，另外8位是校驗信號。芯片的最高頻率為200MHz。二級高速緩存的使用極大地提高了系統性能，使MPC755如虎添翼。