Motorola32位嵌入式微處理器MPC860的開發(fā)應(yīng)用

1 MPC860

　　MPC860 PowerQUICC是當(dāng)今比較流行、性能相當(dāng)優(yōu)越的單片集成嵌入式微處理器。它內(nèi)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(shù)據(jù)通信。PowerQUICC可以稱為MC68360在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的新一代產(chǎn)品，各方面性能包括適應(yīng)性、擴(kuò)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(jù)用戶不同的要求提供2～4個(gè)串行通信控制器、不同規(guī)格的指令和數(shù)據(jù)緩存，各種級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持。該產(chǎn)品專為寬帶接入設(shè)備如路由器、接入集線器、LAN/WAN交換機(jī)、PBX系統(tǒng)和STM網(wǎng)關(guān)等設(shè)計(jì)。

　　圖1是MPC860結(jié)構(gòu)圖。它包括三個(gè)主要模塊:PowerPC核心、系統(tǒng)接口單元(SIU)、通信處理模塊(CPM)。

PowerPC是主要的處理機(jī)單元，通常稱為 Embedded PowerPC核心(或EPPC)。它包括數(shù)據(jù)和指令的緩存和存儲(chǔ)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(tǒng)接口單元(SIU)。主要包括:總線監(jiān)視器、假中斷監(jiān)視器、軟件看門狗、中斷定時(shí)器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)、復(fù)位控制器、不占用內(nèi)部開銷的片內(nèi)總線仲裁、JTAG1149.1測(cè)試口。它的一個(gè)主要功能是提供內(nèi)部總線和外部總線的接口。

　　第三個(gè)主要模塊為通信處理機(jī)模塊(CPM)。主要包括:RISC控制器、所有串行通道口支持連續(xù)接收和發(fā)送模式、5K字節(jié)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(dú)立的發(fā)生器(可以連接到任意一個(gè)SCC和SMC，并允許運(yùn)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)、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(kuò)展，支持主從模式，支持同一總線上多主操作)、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(shè)備如SCC和SMC上發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，所有的通信設(shè)備可以獨(dú)立工作。SCC和SMC也可以用于時(shí)分復(fù)用總線。

　　在圖1中，CPM模塊中有一個(gè)32位RISC微處理機(jī)。MPC860有兩個(gè)CPU:PowerPC和32位RISC。PowerPC執(zhí)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(dān)了嵌入式PowerPC核的外圍工作任務(wù)，這種雙處理器體系結(jié)構(gòu)功耗要低于傳統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的處理器。兩個(gè)處理器主要是通過(guò)內(nèi)部存儲(chǔ)空間相互配合工作。在存儲(chǔ)器區(qū)，每個(gè)處理器都可以設(shè)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(shè)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(shè)備和存儲(chǔ)器之間傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)MPC860接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行DMA從通信設(shè)備接收數(shù)據(jù)并放入存儲(chǔ)器中;發(fā)送數(shù)據(jù)順序相反，串行DMA從存儲(chǔ)器中取數(shù)據(jù)，送到通信設(shè)備，串行DMA只服務(wù)CPM的RISC，但是兩個(gè)虛擬IDMA可以為用戶DMA所用。

2 ADM系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)概述

　　ADM即分插復(fù)用器，它是一個(gè)三端口設(shè)備，具有兩個(gè)SDH光接口(線性接口)，通過(guò)另一端可以靈活地上/下路復(fù)用在STM信號(hào)中的低速率信號(hào)。ADM內(nèi)部還具有時(shí)隙交換功能，允許兩個(gè)STM信號(hào)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(jù)ADM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可靈活地用在網(wǎng)絡(luò)中不同的位置。在本系統(tǒng)中，主要任務(wù)是將155.52Mb/s的STM-1高速信號(hào)經(jīng)光/電轉(zhuǎn)換，從幀結(jié)構(gòu)恢復(fù)出低速的2.048Mb/s的E1信號(hào)，其逆過(guò)程正好相反。從理論上來(lái)說(shuō)，將STM-1信號(hào)可以上下63路E1信號(hào)，為了系統(tǒng)的可維護(hù)性和美觀性，故采用4塊支路，每塊上下16路。

　　從圖2可以看出，分插復(fù)用器ADM是一種新型的網(wǎng)絡(luò)單元，是SDH中應(yīng)用最廣、最富特色的設(shè)備。它將同步復(fù)用和數(shù)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(hào)的能力，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上有很大的靈活性;采用同步復(fù)用方式和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，可使高速信號(hào)一次直接分插出低速支路信號(hào)，即所謂的一步復(fù)用特性。ADM利用時(shí)隙交換實(shí)現(xiàn)寬帶管理，并且無(wú)需分接和終結(jié)整體信號(hào)，即可將各種G.703規(guī)定的接口信號(hào)(PDH)或STM-1信號(hào)(SDH)接入STM-M(M>1)內(nèi)作任何支路。

群路:對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，再生恢復(fù)出接收數(shù)據(jù)，同時(shí)將高速的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿械男盘?hào)，從中分離出接收段開銷SOH，并對(duì)指針進(jìn)行解釋，提取VC-4POH，進(jìn)入虛容器VC-4處理，恢復(fù)下行的VC-4凈負(fù)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(fù)荷插入VC-4通道開銷POH，經(jīng)過(guò)AU-4指針調(diào)整，并插入段開銷SOH，經(jīng)電/光轉(zhuǎn)化上線路，成為STM-1信號(hào)。

　　支路:可用專用的芯片從數(shù)據(jù)總線具有VC-4的信號(hào)經(jīng)過(guò)均衡、碼型恢復(fù)，解復(fù)用出所需的63路E1信號(hào);反過(guò)來(lái)，將E1信號(hào)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(hào)的復(fù)雜性;另外，也有利于降低不同特征的結(jié)合。所有通信都經(jīng)過(guò)此模塊，不管是低速向高速?gòu)?fù)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(shè)定，配置為分插復(fù)用設(shè)備、終端及轉(zhuǎn)發(fā)器。在該模塊中，信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的延遲，產(chǎn)生一定的片選和觸發(fā)信號(hào)，特別對(duì)于復(fù)用的信號(hào)，有直接的觸發(fā)作用。

　　時(shí)鐘板:在數(shù)字傳輸和素質(zhì)交換的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)同步特別重要。網(wǎng)同步的目標(biāo)就是使各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘頻率和相位都控制在預(yù)先確定的容差范圍內(nèi)，以便使網(wǎng)內(nèi)的數(shù)字流實(shí)現(xiàn)正確有效的傳輸和交換，避免數(shù)據(jù)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(xiàn)網(wǎng)同步，為SDH單元提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。

　　公務(wù)板:利用STM再生段中的E1字節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)SDH網(wǎng)中各站之間的語(yǔ)音聯(lián)絡(luò)。本系統(tǒng)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(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)組、點(diǎn)對(duì)全線的呼叫;

　　(3)多方會(huì)議通話方式;

　　(4)聯(lián)絡(luò)信令插在PCM通話數(shù)據(jù)流中，對(duì)通話質(zhì)量無(wú)影響。

2.2 系統(tǒng)控制器――網(wǎng)元控制板

　　對(duì)于每一個(gè)單模塊的控制管理，采用最普遍的80C31單片機(jī)，管理通信及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能，對(duì)不同的告警及時(shí)上報(bào)或屏蔽。主控制器采用實(shí)時(shí)處理很強(qiáng)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(jī)進(jìn)行多機(jī)(8031)通信，及時(shí)處理告警及環(huán)路能力，此外還提供了高級(jí)網(wǎng)管的Qx接口。網(wǎng)管系統(tǒng)可通過(guò)一個(gè)Qx接口或內(nèi)嵌的通信通道(ECC)對(duì)所有網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的同步復(fù)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(zhǔn)信號(hào)，用于內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線及外部的接口。此處用三級(jí)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(tǒng)的引導(dǎo)程序，用于保存重要的數(shù)據(jù);FLASH DATABASE存儲(chǔ)應(yīng)用程序;DRAM作為程序運(yùn)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(xiàn)對(duì)各通信口的處理和調(diào)度，滿足實(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(biāo)準(zhǔn)電平，需要用以太網(wǎng)接口芯片擴(kuò)展出以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)TP接口，用專門的變壓器芯片轉(zhuǎn)換電平。一般的網(wǎng)管用PC機(jī)，加上相應(yīng)的網(wǎng)管軟件就可以對(duì)各單板進(jìn)行管理和性能監(jiān)測(cè)，比較形象直觀地反映系統(tǒng)情況。