Motorola32位嵌入式微處理器MPC860的開發(fā)應用

1 MPC860

　　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，特別適用于互聯網絡和數據通信。PowerQUICC可以稱為MC68360在網絡和數據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)格的指令和數據緩存，各種級別的網絡協議支持。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)。它包括數據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、接收數據，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據。當MPC860接收數據時，串行DMA從通信設備接收數據并放入存儲器中;發(fā)送數據順序相反，串行DMA從存儲器中取數據，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 ADM系統

2.1 系統概述

　　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，并能方便地進行帶寬管理。在實際網絡中，根據ADM的結構特點，可靈活地用在網絡中不同的位置。在本系統中，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，再生恢復出接收數據，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據總線具有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:在數字傳輸和素質交換的數字網絡中，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，以便使網內的數字流實現正確有效的傳輸和交換，避免數據因時鐘不同步而產生滑動損傷。時鐘板的功能就是實現網同步，為SDH單元提供系統時鐘信號。

　　公務板:利用STM再生段中的E1字節(jié)來實現SDH網中各站之間的語音聯絡。本系統公務板的特點為:

　　(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)聯絡信令插在PCM通話數據流中，對通話質量無影響。

2.2 系統控制器――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，用于內部的數據總線及外部的接口。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的引導程序，用于保存重要的數據;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情況。