MPC755嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案解析

MPC755是Freescale公司開發(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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架、主要芯片、地址空間分配、實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)，以及系統(tǒng)的調(diào)試方法和啟動(dòng)過程。該嵌入式系統(tǒng)處理能力優(yōu)越，內(nèi)核最高處理能力可達(dá)733MIPS，可用于語音處理、路由器、無線接入、VoIP、軟交換等。
　　伴隨著信息化時(shí)代的來臨，嵌入式系統(tǒng)在通信中的應(yīng)用越來越廣泛，人們對(duì)帶寬的需求越來越高，而新業(yè)務(wù)要求嵌入式系統(tǒng)具備更強(qiáng)的處理能力。本文以MPC755為核心，構(gòu)建了一個(gè)功能強(qiáng)大、高度模塊化、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、具備高度可擴(kuò)展性的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可用于語音處理、路由器、無線接入、VoIP、軟交換等眾多場(chǎng)合。因?yàn)镸PC755具有并行執(zhí)行數(shù)條指令、簡(jiǎn)單指令的快速執(zhí)行、流水線操作等優(yōu)點(diǎn)，所以該系統(tǒng)處理能力優(yōu)越，內(nèi)核最高處理能力可達(dá)733MIPS。通過主/PCI橋MPC107擴(kuò)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(tǒng)，如VxWorks、嵌入式Linux等）對(duì)其運(yùn)行平臺(tái)的要求。
　　MPC755處理器
　　MPC755是一種32位超標(biāo)量微處理器，遵循了PowerPC處理器架構(gòu)，有著與PowerPC完全相同的指令集。芯片集成了6個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行單元（2個(gè)整數(shù)單元、1個(gè)加載/存儲(chǔ)單元、1個(gè)雙精度浮點(diǎn)單元、1個(gè)系統(tǒng)寄存器單元和1個(gè)跳轉(zhuǎn)處理單元），在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)最多可以同時(shí)執(zhí)行6條指令。
　　MPC755內(nèi)嵌了獨(dú)立的32K字節(jié)指令和數(shù)據(jù)高速緩存，以及指令和數(shù)據(jù)內(nèi)存管理單元（MMU）。L2 Cache（二級(jí)高速緩存）控制單元最大可外接1M字節(jié)SRAM，用作二級(jí)高速緩存?？偩€接口單元向外引出60X總線，可以外接具有60X總線的設(shè)備。當(dāng)內(nèi)核工作在400MHz時(shí)，性能高達(dá)733MIPS。MPC755還包含了一個(gè)性能監(jiān)視器、一個(gè)遵循IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG調(diào)試接口、以及溫度管理單元等（MPC755功能結(jié)構(gòu)見圖1）。
　　
　　圖1：MPC755結(jié)構(gòu)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(nèi)核的最高頻率是400MHz。系統(tǒng)時(shí)鐘通過SYSCLK0引腳輸入，經(jīng)過PLL電路倍頻，產(chǎn)生內(nèi)核時(shí)鐘，即主頻。引腳PLL_CFG［0:3］在系統(tǒng)上電時(shí)的配置值（本設(shè)計(jì)中是0b‘1010） 決定了倍頻系數(shù)。
　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
　　圖2是基于MPC755的嵌入式計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)框圖。由圖可見，MPC755的接口擴(kuò)展主要依賴于主/PCI橋--MPC107。MPC755本身只外接了二級(jí)緩存，以提高系統(tǒng)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(yīng)網(wǎng)口，I2C口等。串口和網(wǎng)口符合多種RTOS對(duì)運(yùn)行平臺(tái)的要求，且在硬件上滿足了嵌入式系統(tǒng)的兩種主要調(diào)試手段（串口調(diào)試和以太網(wǎng)調(diào)試），應(yīng)用開發(fā)相當(dāng)容易。PMC槽使系統(tǒng)具備較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)可擴(kuò)展性，可滿足不同的應(yīng)用需求。
　　
　　圖2：基于MPC755的系統(tǒng)框圖