【CPCI】基于CPCI总线的PowerPC主处理板的设计与实现

　　0 小引

　　Compact PCI(简称CPCI)总线是“PCI总线工业计算机创造商布局”推出的一种工业计算机总线准则，年来来使用发展最为神速。它由PC机上的通用总线PCI发展而来，既有PCI总线的高带宽、高机能、即插即用、价钱惠而不费等诸多优点，又有无源背板总线VME总线的可靠性。CPCI总线在33MHz时钟、32位数据宽度的环境下可达成峰值132MB/s的带宽，在66MHz时钟、64位数据宽度的环境下可达成峰值528MB/s的带宽。

　　PowerPC是1993年IBM、Apple和Motorola公司(其半半导体机关即兴在分拆为Freescale公司)结盟协同设计的。PowerPC技术以RISC(精简指令集计算机)为基础，该技术由IBM的POWER(机能优化的增强RISC)系统构造而来。PowerPC中的PC代表Performance Computing，PowerPC即超强的高机能计算处置器。因PowerPCchip具有高机能和低功耗的特征，首要使用于嵌入式体系。

　　1 体系构造

　　主处置板的体系构造框图见图1。首要由四有些结合：电源替换效能模块、PowerPC效能模块、外围接口(RS232串口、Ethernet口及PMC扩展接口)效能模块、CPCI总线(PCI-to-PCI桥)效能模块。

2 硬件设计

　　2.1 电源替换效能模块

　　电源设计在全部硬件设计中十分重要，好的电源设计才能确保主处置板正常固定定的任务。硬件上设计有4种电源：主供电电源5V(由表面供)，PowerPC7410内核电压1.8V，桥接chipPC107内核电压2.5V，各chipI/O电压3.3V。

　　选择LINEAR公司的DC/DC开关电源模块实即兴主供电电源5V到1.8V、2.5V和3.3V的电压替换，每路最大出口电流动10A。该DC/DC电源模块代表了一种面向负载点电源的时新架构，它明显地简化了电源设计任务。它具有很多优良的特征：高功比值、高效力、尺寸小、分量轻、散热机能好等，除此之外，它还具局部一项独特征能是其无时钟推延电流动模式，从而令其能行对负载电流动的急速变更神速做出相应。

　　2.2 PowerPC效能模块

　　2.2.1 处置器

　　处置器选择飞思卡尔公司的PowerPC处置器MPC7410。主处置器经过桥接器MPC107拜访板内资源。

　　MPC7410是G4系列的高机能处置器，G4在G3的基础上在机能上有很大提高，首要体现在支援对称多处置器(SMP)构造和伸入了一流动的Alti-Vec技术来处置矢量运算。AltiVec技术是一个128位的SIMD矢量处置伸擎，为第四代PowerPC供了卓绝的处置机能，使其数据处置能力有了数级的提升。

　　MPC7410里面主频最高为500MHz，每个时钟周期至多可以实行8条指令，就中包含4条矢量运算(AltiVec)指令和2条整型指令。经过加以入AltiVec技术，处置能力达成了4G FLOPS。而1.8V的低电压操控大大下降了chip的功耗，容易散热，从而大大提高了体系的固定定性。

　　MPC7410供了两种总线模式：60X总线模式和MPX总线模式，两样的总线界说的记号也有所两样。总线的选择，可经过MPC7410的EMODE记号来选择，当EMODE记号在HRESET记号变为高电平时也为高电平，则选择了60X总线。反之，当EMODE记号在HRESET记号变为高电平时为低电平，则选择了MPX总线。鉴于60X总线具有优良的连接机能和高数据传输速比值，在本设计中选择60X总线作为MPC7410和chip组的连接。

　　另外，还可经过对MPC7410的PLL记号设置发出两样的内核频比值，本设计中处置器的表面频比值为100MHz，选择5倍的频比值系数，即处置器主频为500MHz。

　　2.2.2 L2 Cache

　　MPC7410处置器支援L2 Cache，里面集成了L2Cache接口把持器，供L2 Cache接口的总线时序把持电路，经过处置器里面L2 Cache把持器可以拜访Cache存储器。主处置板上实即兴了总容量为2MByte的L2 Cache，数据宽度为72位，就中8位为校验位，64位为数据位。

　　2.2.3 桥接器

　　桥接器PC107是为PowerPC特意设计的桥chip/存储器把持器，首要实即兴PowerPC到PCI的桥接效能，同步经管memory，可以运转在高达133MHz的处置器总线频比值。PC107供其他嵌入式使用必需的效能：处置器总线接口、PCI总线接口、存储器把持器、智能输入/出口信息把持器、I2C把持器、嵌入式可编程中止把持器(EPIC)、双通道集成DMA把持器、时钟把持有些等。依据在电路中所起的作用两样，PC107的任务方法可分为host mode和agent mode两种。在host mode模式中，由PC107经管存储器和PCI总线有些，PowerPC为全部体系的主CPU。在agent mode模式中，PC107用于和PCI主桥通讯，PowerPC作为一个PCI装备，受PCI主桥的经管。本设计中PC107的任务方法为host mode。

　　2.2.4 存储器

　　主处置板上设计有SDRAM存储器、体系FLASH存储器、64位用户FLASH存储器和NVSRAM存储器。其容量配备见表1。

　　2.2.4.1 SDRAM

　　在本设计中，SDRAM用于寄存操控体系暂时数据以及使用程序的数据和代码，为程序的运转和保留暂时文献供当空。SDRAM的经管由me-mory把持器来实即兴。桥接器PC107供了迅速SDRAM把持器，数据宽度配备为64位。PC107的SDRAM接口特征：SDRAM器件务必与SDRAM的JEDEC规范兼容，32位和64位数据可选宽度，支援页面式拜访，支援8个物理bank，最大支援1GB的存储大小。本设计中SDRAM的总容量为512MB，总线时钟设计为100MHz。