基于PowerPC的嵌人式系統設計

隨著科學技術的發(fā)展，嵌入式處理器在通信設備、消費電子、軍用電子等領域有了廣泛的應用，而且對處理器的處理速度、功耗及工作溫度都有了更加嚴格的要求，尤其在汽車電子、軍用電子等方面的應用。

Freescale公司的MlPC5200B是一款緊湊型、低功率的嵌入式處理器，與其他的嵌入式處理器相比具有獨特之處，能滿足上述的性能要求。MP(25200B集成有高性能的MPC603e內核，該內核采用超標量體系結構，能在400MHz的頻率和一40～85℃的溫度范圍內處理速度為760MIPS，105℃時以264MHz(500MIPS)運行，適用于更高溫度級別的環(huán)境。而且．MPC603e內核集成了一個高性能、雙精度的浮點單元(FPU)，可加快與其他關鍵任務平行的復雜數學運算的速度?？蔀榇蠖鄶狄曨l算法提供足夠的支持。此外，MPC5200B集成了豐富的外設接口[1]，其強大的功能符合汽車電子系統開發(fā)的需求，為系統的開發(fā)提供了保證。

2系統的硬件設計

設計基于MPC5200B的嵌入式視頻處理系統，在硬件方面需要提供全面的通信、足夠的內存、調試功能以及測試顯示功能。根據設計，本系統主要由主處理器部分、視頻信號輸入部分、數據存儲部分、顯示部分、通信部分等組成，如圖1所示。

主處理器部分的設計主要包括了系統電源、PLL電源電路、時鐘電路、軟硬件復位電路、上電復位電路和下載調試電路等。

存儲單元部分的存儲器主要取決于微處理器的支持，MPC5200B支持的存儲器主要包括SDRAM，ROM，FLASH，SRAM等。容量的大小取決于內核映射、操作系統、文件系統等的大小。

視頻輸入部分，模擬視頻信號由差分電路輸入，通過AD轉換器AD9883A轉換成數字信號，再送到MPC5200進行處理。

通信接口部分電路包括：人-機接口和機-機接口，提供了1個Ethernet接口、1個RS232接13、1個PCI接口、1個I2C接口等。

2．1存儲系統設計

MPC5200B具有兩組外部總線：SDRAM總線和LocalPlus總線，SDRAM總線支持同步的單速率DRAM和雙速率DRAM，采用突發(fā)式讀取方式，提高了SDRAM總線的帶寬。SDRAM總線的時鐘頻率等于內部總線XLBus的時鐘頻率。而LocalPlus總線一般可以和ROM，FLASH，SRAM及其他的外圍設備相連接。

2．1．1MPC5200B與SDRAM的連接

MPC5200B內部自帶16kB的SRAM，但需要擴展外部存儲器，通過SDRAM控制器與外部SDRAM相連接，SDRAM用于存儲系統所要處理的數據等。本系統采用兩片MICRON公司的MT48LCl6M16A2SDRAM存儲器，MT48LCl6M16A2是3．3V供電，支持自刷新模式，每8192個SDRAM時鐘周期(64ms)刷新一次，其容量為256Mb，可配置為64M×4b，32M×8b，16M×16b。兩片SDRAM可構成16M×32b的外部SDRAM存儲器，連接原理圖如圖2所示。

當上電復位時，SDRAM總線是無效的，也就是說SDRAM的片選信號是無效的，所以上電時得先配置初始化寄存器，使SDRAM的片選信號有效，然后才能從SDRAM總線上讀取數據，使系統正常運行。

SDRAM在上電100～200μs后，必須由一個初始化進程來配置SDRAM的模式寄存器，模式寄存器的值決定著SDRAM的工作方式，具體操作步驟如下：

(1)確定SDRAM的片選信號CS#的空間；

(2)根據SDRAM的參數和時鐘頻率計算存儲器、控制器寄存器的值；

(3)寫SDRAM的模式寄存器和控制寄存器。

2．1．2MPC5200B與FLASH的連接

FLASH采用的是AMD公司的AM29LV065D，容量是8M×8B，支持3．0～3．6V的讀、擦除和編程操作，用于存儲系統的引導程序，與MPC5200B的連接原理圖如圖3所示。芯片AM29I。V065D是23根地址線和8根數據線，所以MPC5200B與AM29LV065D的連接可采用nonMUXed模式。MPC5200B的LocalPlus總線的高8位AD[31：24]作為數據線和FLASH的數據線相連接，而總線的低24位AD[23：0]作為地址總線與FLASH的地址線相連接。

因為系統上電后，系統從與LPCS0相連的存儲設備啟動，所以FLASH做BootROM時，片選信號CE#必須與MPC5200B的LPCS0引腳相連接。

FLASH是慢速設備，需要一些等待狀態(tài)，因此在每次Boot時，需要默認最長的時間來啟動MPC5200B。最長等待狀態(tài)為48個PCIClocks(即727ns，當LocalPlus頻率為66MHz時)。

2．2通信接口的設計

通信接口的主要功能是實現人-機、機-機之間的信息交互和數據的傳輸。主要設計包括以下幾點：

Ethernet收發(fā)器采用的是Intel公司的芯片LXT972A，與MPC5200B的以太網口控制器相連。RXCLK與TXCLK：接收和發(fā)送時鐘信號，由LXT972A提供，連接到MPC5200的以太網控制器端口。RXD[3：O]，TXD[3：O]：分別為接收和發(fā)送信號，由MPC5200提供，連接到LXT972A的RXD和TXD13。TXEN：發(fā)送使能信號。COL：：沖突監(jiān)測信號，驅動控制器的沖突監(jiān)測輸入。

PCI接口控制器主要功能是實現主處理器與視頻輸入部分之間的數據傳輸。PCI的數據地址總線是復用的，均為MPC5200B的LocalPlus總線的數據地址總線，而PCI的控制信號線是由MPC5200的PCI控制器提供的。

RS232收發(fā)器采用的是MAXIM公司的MAX3232，與MPC5200B的UART口相連接。

2．3與LCD控制器的接口設計

LCD控制器采用愛普生公司的液晶控制芯片S1D13806，S1D13806是高度集成的彩色LCD/CRT/TV圖像控制器，內部集成有1280kb的SDRAM，支持多CPU接13，S1D13806的體系結構滿足嵌入式系統的低電壓、低功耗的要求。S1D13806具有21條地址線和16條獨立的數據線，與LocalPlus總線的連接方式可為混合模式，因為MPC5200B的總線為數據、地址線復用的，所以需要地址鎖存器來鎖存地址。連接示意圖如圖4所示。

2．4系統復位和配置