基于PowerPC的高速處理系統(tǒng)設計

　　2.2 存儲模塊

　　內存主要用于存放用戶數(shù)據(jù)和代碼，為程序運行和保存臨時數(shù)據(jù)提供空間，高速、大容量的內存可以提高系統(tǒng)運行效率。P1010內部集成的DDR控制器支持DDR3和DDR3L兩種內存芯片，本設計采用四片256M*8bit、支持800MHz操作頻率的DDR3芯片K4B2G0846C-HCK0并聯(lián)，實現(xiàn)了總共1GB的內存空間。四個芯片并聯(lián)支持最高800MHz×2×4×8bit=51.2Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　2.3 配置模塊

　　P1010的大多數(shù)功能可通過在 信號的上升沿采樣POR配置引腳的值來設定，本項目通過上下拉電阻和撥碼開關電路對相關POR引腳值進行了配置，主要配置內容如表1所示，其中1表示上拉至高電平，0表示下拉至低電平。

　　要使P1010正常工作，必須通過CPLD對系統(tǒng)上電時序、復位信號、JTAG相關引腳等進行配置，另外，CPLD還可以用于POR引腳配置、系統(tǒng)擴展和整體控制等。

　　2.4 接口模塊

　　為實現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)過程中與外部主機的通信，本項目采用SP3232芯片實現(xiàn)了符合EIA/TIA-232-F標準的串口通信，采用RGMII物理層收發(fā)器VSC8641和一個用于電纜接口隔離的磁性模塊24HSS1041-2LF實現(xiàn)了網口通信。

　　P1010的SATA控制器可提供最高3.0Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，通過外接SATA硬盤可以實現(xiàn)結構健康監(jiān)測數(shù)據(jù)的快速存儲，方便后期回放和研究。

　　P1010內部僅集成了PCI-E控制器，為實現(xiàn)CPCI總線方式的數(shù)據(jù)傳輸，本項目采用橋接芯片PEX8112實現(xiàn)PCI-E和CPCI接口的轉換。PCI-E接口的參考時鐘為100MHz，由PI6C557-05和一個25MHz的無源晶振產生。

　　3 系統(tǒng)測試

　　高速處理系統(tǒng)的PCB板，大小為100mm×160mm，厚度不超過15mm。符合嵌入式應用對于小體積的要求。硬件調試成功后即可進行嵌入式Linux系統(tǒng)移植。

　　本文采用飛思卡爾提供的、面向Linux的軟件開發(fā)包Freescale Linux SDK for QorIQ Processors為高速處理系統(tǒng)開發(fā)嵌入式Linux系統(tǒng)，通過修改SDK中P1010rdb的配置文件得到適用于高速處理系統(tǒng)的配置文件，并在此基礎上生成可從NOR FLASH加載的u-boot以及Linux內核和根文件系統(tǒng)。首先，將u-boot寫入NOR FLASH[7]，系統(tǒng)上電后可在超級終端看到如圖2所示的反饋信息，表示u-boot移植成功。

　　內核和根文件系統(tǒng)有網絡和本地兩種加載方式，在系統(tǒng)調試階段，一般采用網絡加載方式，方便調試過程中反復修改。系統(tǒng)調試完成后，將其寫入FLASH等非易失性存儲器，采用本地加載方式，使系統(tǒng)可脫離主機獨立運行。

　　系統(tǒng)移植成功后即可進行系統(tǒng)性能測試。在主機上編寫C語言程序實現(xiàn)對1000個數(shù)的快速排序、選擇排序、插入排序，使用gcc編譯器生成Linux系統(tǒng)上的可執(zhí)行文件，將其加載到高速處理系統(tǒng)中并運行，得到它們需要的時間分別為0.124s、0.376s和0.438s，可見高速處理系統(tǒng)具有較強的數(shù)據(jù)處理能力。

　　4 結語

　　本項目設計并實現(xiàn)了用于結構健康監(jiān)測的高速處理系統(tǒng)設計，該系統(tǒng)具有高速的數(shù)據(jù)處理和傳輸能力，可以滿足結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的要求，具有小體積、低功耗等優(yōu)點。該系統(tǒng)可以移植嵌入式Linux系統(tǒng)，為后期各種算法的開發(fā)和移植提供了便利。該系統(tǒng)在實際使用過程中可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)迅速的對飛機的健康狀態(tài)做出評估，也可以用作其他結構的結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。