基于PowerPC+DSP總線通信軟件設(shè)計(jì)

祖嘉璐

【摘要】 PowerPC是IBM和Motorola公司共同開發(fā)的高性能、低功耗、開放架構(gòu)的處理器，采用簡(jiǎn)單的指令集，同時(shí)集成了PCI-Express、千兆網(wǎng)絡(luò)及CAN等多種網(wǎng)絡(luò)通信控制器，支持DMA、I2C、UART等數(shù)據(jù)交換組件，具有處理能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)通信接口多等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車電子、航空航天、工業(yè)控制等要求高性能和高可靠性的領(lǐng)域。文章通過(guò)這一點(diǎn)對(duì)基于PowerPC750配備VME總線的CPU模塊進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】 PowerPC DSP 雙口存儲(chǔ)器 故障管理

PowerPC處理能力強(qiáng)，性能優(yōu)異、體積小、重量輕、散熱量小，在航空航天、石油、水利、交通運(yùn)輸、工業(yè)控制、數(shù)控采集等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。DSP它不僅具有可編程性，而且實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器。將PowerPC和FPGA結(jié)合的相控陣?yán)走_(dá)波束控制系統(tǒng)能夠充分利用PowerPC的高性能處理能力和FPGA的定制電路設(shè)計(jì)能力，同時(shí)兼顧功耗、成本、設(shè)計(jì)周期等因素，是對(duì)體積要求小、負(fù)載要求輕、計(jì)算能力要求高的相控陣?yán)走_(dá)波束控制系統(tǒng)的有效解決方法。

一、總線通信系統(tǒng)架構(gòu)

總線通信系統(tǒng)由一個(gè)CPU（PowerPC）模塊、一個(gè)DSP模塊以及電源模塊組成。CPU模塊采用PowerPC750處理器，同時(shí)集成了網(wǎng)卡和大容量FLASH，具有高速的數(shù)據(jù)采集及處理、仿真任務(wù)調(diào)度以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。DSP模塊采用TMS320F240系列芯片，通過(guò)局部總線，與外界設(shè)備通過(guò)RS422、ARINC429等數(shù)據(jù)交換總線相連。用戶通過(guò)PowerPC發(fā)送和接收任務(wù)數(shù)據(jù)，PowerPC再通過(guò)雙口存儲(chǔ)器與DSP相連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，DSP則負(fù)責(zé)RS422串行通信總線和ARINC429總線通信的控制管理、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送等，以上整個(gè)系統(tǒng)完成了總線的通信功能。主處理器為P2020通用嵌入式雙核處理器，從處理器為XC7K325T FPGA，主處理器基本功能是根據(jù)天線波束指向要求，計(jì)算各天線單元移相器所要求的波控碼，傳輸至每一個(gè)移相器，控制每一個(gè)移相器相位狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。從處理器主要完成波控碼值的分發(fā)，可以通過(guò)并行或者串行的方式，以減少碼值分發(fā)的時(shí)間。

二、總線通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)包括Bootrom、VxWorks操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序三個(gè)部分。BootRom：主要用于操作系統(tǒng)映像、應(yīng)用程序的加載，運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)RJ45接口、串行RS232接口與宿主計(jì)算機(jī)板卡建立連接這種方式，把操作系統(tǒng)的映像、應(yīng)用程序更新到系統(tǒng)的FLASH存儲(chǔ)設(shè)備中，同時(shí)提供相關(guān)的功能，設(shè)置BOOTROM的啟動(dòng)方式、啟動(dòng)參數(shù)、自身更新BootRom程序。Vxworks操作系統(tǒng)：主要提供嵌入式系統(tǒng)所需要的任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理、文件管理等基本功能、與目標(biāo)機(jī)相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。嵌入式VxWorks操作系統(tǒng)內(nèi)核和相關(guān)組件是由WindRiver公司提供的，在波控軟件設(shè)計(jì)中，需提供與操作系統(tǒng)相關(guān)的硬件驅(qū)動(dòng)程序。應(yīng)用程序：應(yīng)用程序?yàn)檫\(yùn)行在VxWorks操作系統(tǒng)之上的波控程序。

三、總線通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1、總線通信系統(tǒng)軟件概述。總線通信系統(tǒng)軟件由驅(qū)動(dòng)軟件和控制軟件組成，是實(shí)現(xiàn)RS422串行通信和ARINC429總線通信的專用軟件。其中，驅(qū)動(dòng)軟件實(shí)現(xiàn)DSP與主機(jī)應(yīng)用軟件間的接口控制與數(shù)據(jù)傳遞，它可提供各類消息數(shù)據(jù)的讀、寫支持，對(duì)DSP內(nèi)程序的調(diào)度。控制軟件負(fù)責(zé)RS422串行通信和ARINC429總線通信的控制、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送等。

2、驅(qū)動(dòng)軟件。驅(qū)動(dòng)軟件運(yùn)行在PowerPC模塊上，是應(yīng)用軟件與控制軟件的接口軟件，為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的管理功能，驅(qū)動(dòng)軟件控制DSP模塊的初始化、啟動(dòng)、停止、自測(cè)試，監(jiān)控DSP模塊狀態(tài)，控制DSP模塊和主機(jī)的數(shù)據(jù)交換。當(dāng)DSP在處在停止?fàn)顟B(tài)，調(diào)用DSP_Bit進(jìn)行DSP自檢測(cè)，調(diào)用DSP_Initialize進(jìn)行DSP初始化。驅(qū)動(dòng)軟件按其功能分為：模塊控制程序、RS422控制程序、ARINC429總線控制程序、操作信息控制程序。模塊控制程序的主要功能是啟動(dòng)DSP模塊上的初始化程序，使DSP初始化，然后啟動(dòng)DSP上的啟動(dòng)程序使DSP開始工作，還可以停止DSP運(yùn)行以及啟動(dòng)DSP上的BIT程序進(jìn)行自檢測(cè)。RS422控制程序的主要功能包括對(duì)RS422各通道進(jìn)行初始化（各通道的接收/發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)劃分，每個(gè)數(shù)據(jù)塊的新數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤、中斷等標(biāo)志字的設(shè)置，波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位和停止位的設(shè)置），接著從雙口存儲(chǔ)器讀DSP端RS422接收到的消息，并將要通過(guò)RS422發(fā)送的消息數(shù)據(jù)寫入雙口存儲(chǔ)器，最終由DSP上的RS422進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

3、控制軟件。控制軟件運(yùn)行在DSP模塊上，它負(fù)責(zé)RS422串行通信總線和ARINC429總線通信的控制、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收等。控制軟件的主程序中包括對(duì)DSP的初始化、啟動(dòng)、自檢測(cè)、停止及復(fù)位等功能。控制軟件響應(yīng)來(lái)自運(yùn)行在PowerPC上驅(qū)動(dòng)軟件的下發(fā)的命令，進(jìn)行相應(yīng)功能操作。在DSP模塊初始化中，定時(shí)器中斷被使能。定時(shí)器中斷服務(wù)程序會(huì)以固定的周期執(zhí)行，其中包括RS422通信握手，RS422在線狀態(tài)判斷，RS422發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，ARINC429總線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)等程序。

總結(jié)：在總線通信軟件中采用PowerPC + DSP的結(jié)構(gòu)，既能發(fā)揮PowerPC高速信號(hào)采集和處理能力，又能發(fā)揮DSP高速數(shù)字信號(hào)處理能力。PowerPC上運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)軟件是應(yīng)用軟件與控制軟件的接口軟件，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件的管理功能。該軟件充分利用系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)了通信總線的控制與管理，滿足了航電總線通信與管理的要求。