基于POWERPC82XX的嵌入式通用硬件平台的设计

总第254期2010年第12期

计算机与数字工程

C om p ut er&

D i gi t al Engi nee r i ng

V01．38N o．12

93

基于POⅧR PC82殛的嵌入式通用硬件平台的设计。

朱秀林李杰波程增艳

(中国船舶重工集团公司第722研究所武汉430079)

摘要针对嵌入式系统在通用性及人机界面方面日益增长的性能要求，研究了M ot or ol a公司的嵌入式微处理芯片M PC82X X的主要性能特点。给出了以M PC82X X为核心来构建通用硬件平台的设计方案，同时给出了该平台的硬件结构和各主要模块的电路设计方法。

关键词嵌入式微处理器；m pc82x x；pow erpc内核；通用

中图分类号T P393

D es i gn of U s ual

E m bedded H ar dw a r e Syst e m B a sed on

PO W E R PC82X X

Z h u X i ul i n L i J i e bo C h eng Z engy an

(N o．722R es e ar ch I ns t i t ut e of C hi na Shi p I n dus t r y C orpor at i on，W uhan430079)

A b s t r act To m eet t he f un ct i on of em bedded s ys t em of usu al a nd m an-m achi ne co nver sat i on，t hi s paper br i ef l y i nt r o—duce s ba si c f u nct i o n of PO W E R W_Ⅺ2X X．D esi gn t he un i ver sal em bedded ha rdw ar e w i t h t he ker nel of m p c82x x，at t he s am e t i m e i nt r oduci ng t he har dw are f r am ew or k and el ect r oc i r cui t de si gni ng of sub syst em．

K e y W or ds em bed ded C PU，m pcSZ x x，pow er pc co r e，uni ver sal

C l ar毽N t m2咐T P393

1引言

近年来，随着集成电路技术的发展，各种新型的大规模与超大规模集成电路的不断涌现，出现了许多功能强大的C PU处理器。而信息技术的发展，使得许多领域都发生了飞跃性变化。目前嵌入式系统除了要满足实时性之外，对界面的友好性也提出了更高的要求，从而对于C PU数据处理的能力也有了更高的要求。这里就以M PC82X X为核心构建了一个通用的硬件平台，可以在不改变系统硬件的条件下更新系统软件，实现不同的功能。经过验证系统具有良好的通用性和可扩展性。

2M PC82X X芯片介绍

M PC82X X是M ot or ol a公司生产的嵌入式微处理器芯片。该芯片内部集成了微处理器和一些控制领域的常用外围组件，特别适用于通信、网络产品的开发。M PC82X X是一个集成了高性能P()W ER P C R I SC核(G2核)、系统集成控制单元(SI U)和外围通信控制器(C PM)的通信处理器。高速的嵌入式PO W E R PC内核，连同极高的网络和外围通信设备集成度，为用户提供了全新的系统解决方案来建立高端通信系统。它的C P M是高性能的通信处理器(C P)模块，分担了底层的通信处理，使PO W E R PC核可以主要进行高层的操作。这种双处理器体系结构不仅可以增强芯片功能，而且速度快，同时其功耗也低于传统体系结构的处理器。C PM同时支持3个快速的串行通信控制器(F C C)、2个多通道控制器(M C C)、4个串行通信控制器(SC C)、2个串行管理控制器(SM C)、1个串行外围接El(SPI)和1个12C接口Ll J。

3系统平台的硬件实现

系统的硬件部分主要包括M PC82X X微处理

收稿El期：2010年6月13日，修回日期：2010年7月10日

作者简介：朱秀林，男，硕士研究生，工程师，研究向：嵌入式系统，ED A 技术。

94朱秀林等：基于PO w E R PI C82xX的嵌入式通用硬件平台的设计第38卷

器模块、电源模块、时钟模块、复位和驱动模块、存

储器模块、10／100M以太网接口模块、串行接13模

块、C PI。D控制逻辑、LC D控制器模块、U SB控制

器模块、实时时钟。系统硬件总体框图如图1所

示。

M PC82X X

忑丽州槽

SM C】

SM C2

F CC l FC C2

6 0 X 总线

图1系统的硬件总体框图

3．1系统电源、时钟和复位模块

整个系统的设计全部采用低功耗芯片，多数芯片的工作电压为3．3V，系统功耗小于10W。系统的电源芯片选用爱立信公司的PM T5218，它的输入电压为5V，输出电压从0．8V～3．6V可调节，输出的最大电流为6A，电源效率高达95％。M PC82X X上电时需要从总线上采样复位配置字，以决定其启动和工作方式。本系统通过C PI。D逻辑来完成上电复位配置字的采样。在C S0片选有效时，对应的地址为0X00，0X08，O X l0，O X l8时，在C PL D上送出需要采样的数据，即可以灵活地完成复位配置字的控制‘2I。

时钟芯片

图2系统的时钟部分框图

时钟电路是一个电子系统正常稳定工作的保障，所以一个稳定的时钟电路的设计是必须的。M PC82X X的系统时钟由其内部的锁相环产生，锁相环时钟源通过时钟输入管脚C L K I N 输入，为了保证系统的性能，系统总线工作在66M的频率。用一个33M的有源晶振作为参考时钟，经过一个一进多出的芯片倍频到66M 多路输出，分别送给C PU，SD R A M，L C D控制器等需要时钟的器件。系统的时钟部分的框图如图2所示。3．2系统存储器模块

本系统的存储器与M PC82X X的接口均由M P C82X X内部的存储器控制单元来管理。M PC82X X的存储器控制单元能控制11个存储器体，每个存储器体有两个寄存器B R x和O R x，通过对他们的编程可实现S D R A M控制器，通用目的片选机构(G PC M)模式和用户可编程模式(U PM)，从而支持与SD R A M、FL A SH、N A N D F LA S H等外设之间的连接。

本系统的存储器模块包含3个部分：系统映像FLA SH、应用程序FLA sH、SD R A M。其中系统映像FLA SH用来存储操作系统，用于完成系统的初始化及加载操作系统。分配片选信号为C S o，通过编程B R0和O R O可使系统映像FLA SH的地址映射为FFC00000～FF FFF FFF。应用程序FL A SH的作用是存放应用程序以及其他需要存储的数据。本系统选用的是三星的N A N D-FL A SH芯片，该芯片是通过8位的I O口传输地址和数据，该芯片从64M～512M各种型号的封装一样，存储容量的可扩展性非常好，分配片选信号C S2。选用四片现代公司的H Y57V561620C芯片来组成64位数据总线，128M字节的存储空间，分配片选信号C S l E3|。

3．3系统串行接口模块

本系统的串口模块由两个R S232串口组成。其中一个串口作为C ons ol e口与计算机的串口相连作为调试串口，用于系统的调试和监控，另一个作为通用串口使用。M PC82X X的C PM模块包含的两个SM C均支持U A R T协议，适用于串口的设计。本系统选用M A X I M公司的M A X561芯片来作为串口收发器。

3．410／100M以太网接口模块

M PC82X X含有三个FCC口，均可以用作高速以太网接口。F C C提供标准的M I I接口，加上物理层收发器芯片以及脉冲变压器，就可以构造快速I O M／I O O M自适应以太网[4~5]。本系统选用L evel one公司的10M／100M自适应快速以太网收发器芯片LX T971。本系统采用双网口设计，其具体连接如图3所示。

3．5U SB接口模块

本系统的U SB模块可以直接挂接在60X总线上，使用片选信号C S3，通过配置B R3，O R3确定U SB模块所处的地址空间。可以支持U SB2．0协议，通过H PI口对U SB芯片进行控制，本系统的

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2010年第12期计算机与数字工程95

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M PC82X X

阿冰圆

图3系统双网口框图

U SB芯片可以C ypr es s公司的C Y7C67300，可以外接标准的U SB键盘，优盘等接口。

3．6显示控制器接口模块

随着技术的发展，人机接口变得越来越重要。不仅要求能够完成正常的功能，还要求界面图形精美，僦2)Ⅸ虽然有很快的运算处理能力，但是本身并没有集成显示控制器，所以需要外接显示控制器。显示控制器有集成了显示R A M的，也有需要外接Ⅱ)()R删的。两者区别在于集成R A M的控制器接口电路简单，但是显存一般较小，外接盼R A M的显存较大，但是接口电路比较复杂，可以根据系统对显示的要求选择不同类型的U、D控制器。显示控制器与M PC82X X的连接如图4所示。

地址线

控制线

L C D

m pc82xx控制器

数据线

图4显示控制器接口框图

3．7C PI。D模块

由于C PL D设计的灵活性，广泛的应用在各种电子设计中。本系统中的C PLD主要完成系统上电时的复位配置，nandfl ash的控制器，FLA SH以及LC D控制器的读写控制信号的产生等。

4系统平台的硬件调试

设计完成后，需要对硬件进行调试以验证平台设计的正确性。硬件调试主要包括验证C PU上电能否正确启动，对存储器模块能否正确读写，串行接口、网络接口的工作是否正常，U SB接口以及LC D控制器能否正常工作。由于本系统的硬件电路比较复杂，外围接口模块单元较多。所以本文采用各个模块分开调试，然后再联调的方法。调试方法：

1)检查电装是否正确，有无短路、断路、错焊、虚焊等情况。

2)用V H D I。语言写C P I。D逻辑，并将编译好的B O O T R O M烧写到FI。A SH中。把平台的串口与PC机的串口连接起来，打开PC机上的串口软件，配置好串口传输参数。

3)加电，观察电源指示灯是否正常，有无芯片出现过热情况。分步调试各个模块的功能，直到各个模块正常工作。

5结语

本文介绍的是一种嵌入式通用硬件平台的硬件开发方法，该平台以目前应用十分广泛的通信处理器M P C82X X为核心，具有低成本、高性能、通用性好等特点。其集成了PC I总线桥，可以十分方便地移植到PC I系统中。同时，本系统的研制成功，也为今后开发下一代的P O W ER PC嵌入式C PU 芯片提供了借鉴，具有一定的参考价值。

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