Motorola32位嵌入式微處理器MPC860的開發(fā)應用
MPC860 PowerQUICC是當今比較流行、性能相當優(yōu)越的單片集成嵌入式微處理器。它內部集成了微處理器和一些控制領域的常用外圍組件,特別適用于互聯(lián)網絡和數(shù)據(jù)通信。PowerQUICC可以稱為MC68360在網絡和數(shù)據(jù)通信領域的新一代產品,各方面性能包括適應性、擴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,各種級別的網絡協(xié)議支持。該產品專為寬帶接入設備如路由器、接入集線器、LAN/WAN交換機、PBX系統(tǒng)和STM網關等設計。
圖1是MPC860結構圖。它包括三個主要模塊: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器管理單元(MMU),在40MHz時鐘時為50 MIPS 指令速度。
第二個主要的模塊為系統(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、中斷定時器和實時時鐘(RTC)、復位控制器、不占用內部開銷的片內總線仲裁、JTAG1149.1測試口。它的一個主要功能是提供內部總線和外部總線的接口。
第三個主要模塊為通信處理機模塊(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個串行DMA(SDMA)通道、三個平行I/O寄存器、四個波特率獨立的發(fā)生器(可以連接到任意一個SCC和SMC,并允許運行中改變,支持自動波特率)、四個串行通信控制器(SCC)(支持以太網、HDLC/SDLC、HDLC 總線)、兩個串行管理控制器(SMC)(UART方式或透明傳輸)、一個串行外圍接口電路(SPI)(MC68302 SCP的擴展,支持主從模式,支持同一總線上多主操作)、一個I2C(Inter-Integrated Circuit)接口(支持主從模式,支持多主環(huán)境)。CPM在幾個不同的通信設備如SCC和SMC上發(fā)送、接收數(shù)據(jù),所有的通信設備可以獨立工作。SCC和SMC也可以用于時分復用總線。
在圖1中,CPM模塊中有一個32位RISC微處理機。MPC860有兩個CPU:PowerPC和32位RISC。PowerPC執(zhí)行高層代碼,RISC處理實際通信的低層通信功能。由于CPM分擔了嵌入式PowerPC核的外圍工作任務,這種雙處理器體系結構功耗要低于傳統(tǒng)體系結構的處理器。兩個處理器主要是通過內部存儲空間相互配合工作。在存儲器區(qū),每個處理器都可以設置控制位、讀狀態(tài)位。在圖1中,有16個串行DMA單元。每個通信設備都有一個發(fā)送DMA和接收DMA,32位RISC控制這16個串行DMA在通信設備和存儲器之間傳送數(shù)據(jù)。當MPC860接收數(shù)據(jù)時,串行DMA從通信設備接收數(shù)據(jù)并放入存儲器中;發(fā)送數(shù)據(jù)順序相反,串行DMA從存儲器中取數(shù)據(jù),送到通信設備,串行DMA只服務CPM的RISC,但是兩個虛擬IDMA可以為用戶DMA所用。
2.1 系統(tǒng)概述
ADM即分插復用器,它是一個三端口設備,具有兩個SDH光接口(線性接口),通過另一端可以靈活地上/下路復用在STM信號中的低速率信號。ADM內部還具有時隙交換功能,允許兩個STM信號之間不同VC的互聯(lián),并能方便地進行帶寬管理。在實際網絡中,根據(jù)ADM的結構特點,可靈活地用在網絡中不同的位置。在本系統(tǒng)中,主要任務是將155.52Mb/s的STM-1高速信號經光/電轉換,從幀結構恢復出低速的2.048Mb/s的E1信號,其逆過程正好相反。從理論上來說,將STM-1信號可以上下63路E1信號,為了系統(tǒng)的可維護性和美觀性,故采用4塊支路,每塊上下16路。
從圖2可以看出,分插復用器ADM是一種新型的網絡單元,是SDH中應用最廣、最富特色的設備。它將同步復用和數(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的能力,在網絡設計上有很大的靈活性;采用同步復用方式和靈活的復用映射結構,可使高速信號一次直接分插出低速支路信號,即所謂的一步復用特性。ADM利用時隙交換實現(xiàn)寬帶管理,并且無需分接和終結整體信號,即可將各種G.703規(guī)定的接口信號(PDH)或STM-1信號(SDH)接入STM-M(M>1)內作任何支路。
群路:對接收信號進行光/電轉換,再生恢復出接收數(shù)據(jù),同時將高速的信號轉變?yōu)椴⑿械男盘枺瑥闹蟹蛛x出接收段開銷SOH,并對指針進行解釋,提取VC-4POH,進入虛容器VC-4處理,恢復下行的VC-4凈負荷,同時提供FPGA(交叉疊加模塊)接口;反過來將需要上行的VC-4凈負荷插入VC-4通道開銷POH,經過AU-4指針調整,并插入段開銷SOH,經電/光轉化上線路,成為STM-1信號。
支路:可用專用的芯片從數(shù)據(jù)總線具有VC-4的信號經過均衡、碼型恢復,解復用出所需的63路E1信號;反過來,將E1信號異步映射進入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,降低了產生電信號的復雜性;另外,也有利于降低不同特征的結合。所有通信都經過此模塊,不管是低速向高速復用,還是高速向低速分插,甚至高速流的通過。此連接將有固定通道或者有程序設定,配置為分插復用設備、終端及轉發(fā)器。在該模塊中,信號進行相應的延遲,產生一定的片選和觸發(fā)信號,特別對于復用的信號,有直接的觸發(fā)作用。
時鐘板:在數(shù)字傳輸和素質交換的數(shù)字網絡中,網同步特別重要。網同步的目標就是使各節(jié)點時鐘頻率和相位都控制在預先確定的容差范圍內,以便使網內的數(shù)字流實現(xiàn)正確有效的傳輸和交換,避免數(shù)據(jù)因時鐘不同步而產生滑動損傷。時鐘板的功能就是實現(xiàn)網同步,為SDH單元提供系統(tǒng)時鐘信號。
公務板:利用STM再生段中的E1字節(jié)來實現(xiàn)SDH網中各站之間的語音聯(lián)絡。本系統(tǒng)公務板的特點為:
(1)PCM語音編碼,64Kbit/s編碼速率,音質較好;
(2)能實現(xiàn)點對點、一點對多點、點對組、點對全線的呼叫;
(3)多方會議通話方式;
(4)聯(lián)絡信令插在PCM通話數(shù)據(jù)流中,對通話質量無影響。
2.2 系統(tǒng)控制器――網元控制板
對于每一個單模塊的控制管理,采用最普遍的80C31單片機,管理通信及監(jiān)測系統(tǒng)性能,對不同的告警及時上報或屏蔽。主控制器采用實時處理很強和通信能力高的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進行多機(8031)通信,及時處理告警及環(huán)路能力,此外還提供了高級網管的Qx接口。網管系統(tǒng)可通過一個Qx接口或內嵌的通信通道(ECC)對所有網絡內的同步復接器進行中央控制,如圖3所示。時鐘分配為:提供同步時鐘基準信號,用于內部的數(shù)據(jù)總線及外部的接口。此處用三級振蕩器(4.6ppm的誤差),給不同模塊提供不同的時鐘。
在網元控制板中,配置了FLASH BOOTROM嵌入式VxWorks實時多任務操作系統(tǒng)的引導程序,用于保存重要的數(shù)據(jù);FLASH DATABASE存儲應用程序;DRAM作為程序運行和保存臨時文件的空間。
在這個網元控制板中,MPC860是核心單元,它實現(xiàn)對各通信口的處理和調度,滿足實時處理的要求。
Qx接口:Qx接口用于與上層網管通信,采用以太網(Ethernet)接口,使用CPU(MPC860)的SCC1。為得到以太網的標準電平,需要用以太網接口芯片擴展出以太網的標準TP接口,用專門的變壓器芯片轉換電平。一般的網管用PC機,加上相應的網管軟件就可以對各單板進行管理和性能監(jiān)測,比較形象直觀地反映系統(tǒng)情況。
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