基于P2020的嵌入式主控單元的硬件開發(fā)

牛利民

摘要：本文提出了基于P2020的嵌入式主控單元的硬件設(shè)計(jì)方案，對主控單元的工作原理進(jìn)行了說明并對主要模塊進(jìn)行了介紹。該模塊已經(jīng)在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用，結(jié)果表明該板卡能力突出，工作穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞 主控單元 P2020 啟動(dòng)配置

嵌入式主控單元主要功能是承載Vxworks操作系統(tǒng)，主控軟件，并負(fù)責(zé)對業(yè)務(wù)板卡、信道板卡、交換板卡等其他板卡進(jìn)行配置、數(shù)據(jù)交換，以及人機(jī)接口，外部接口進(jìn)行交互功能等。該主控單元具有集成度高、處理能力強(qiáng)、功耗低、擴(kuò)展性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，基本功能框圖見圖1，其中CPU以飛思卡爾的P2020NXE2KFC為核心處理器;內(nèi)存選用4片256MB /片DDR3 SDRAM;Flash選用64MB Nor FLASH（存放boot程序、操作系統(tǒng)）和16GB Nand FLASH（存放應(yīng)用程序）;千兆以太網(wǎng)物理層控制芯選用兩片88E1111，其中一路作為調(diào)試網(wǎng)口，一路經(jīng)母板接交換板;顯示控制部分由Xilinx Spartan6 FPGA 、顯示控制芯片GPU S1D13513構(gòu)成;外圍接口部分包括串口擴(kuò)展芯片、兩路千兆以太網(wǎng)通過CPCI高速接插件經(jīng)母板接其他板卡。

1 P2020簡介

P2020采用45nm工藝，適用于聯(lián)網(wǎng)、電信、軍事以及工業(yè)領(lǐng)域中的各種應(yīng)用，最高可實(shí)現(xiàn)1.2 GHz雙核工作主頻。P2020主要特點(diǎn)有：雙核高性能Power Architecture e500核心，36位物理尋址，800 MHz至1.2 GHz時(shí)鐘頻率;三個(gè)10/100/1000 Mbps增強(qiáng)型三速以太網(wǎng)控制器，支持RGMII、SGMII接口;支持64位DDR2/DDR3 SDRAM存儲器控制器。

2 P2020的Local Bus與外設(shè)互聯(lián)

Local Bus總線一般采用數(shù)據(jù)/地址線復(fù)用的形式，使用時(shí)需要將總線的數(shù)據(jù)和地址分離出來再分別接到目標(biāo)器件的數(shù)據(jù)和地址端口， 需要通過 Buffer 起來來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和隔離，通過用信號鎖存器SN74ALVCH16373 來分離總線中的數(shù)據(jù)和地址。Local Bus總線上的數(shù)據(jù)讀寫采用異步傳輸模式對FPGA、顯控GPU、串口擴(kuò)展芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。

需要注意的是P2020采用大端模式，外部設(shè)備采用小端模式，所以在使用大端模式總線連接外部器件時(shí)需要將地址線進(jìn)行倒序，即最高位地址線與外部器件的最低地址位相連，最低地址位地址線與外部器件的最高地址位相連，其他依次連接。

3主控板電源設(shè)計(jì)

主控板實(shí)際功耗隨環(huán)境溫度變化有所不同，在常溫下工作5W，在高溫環(huán)境65℃下工作8W，本設(shè)計(jì)中可以提供寬輸入直流電平5V～15V，板卡內(nèi)需要提供3.3V、2.5V、1.35V、1.05V、1.2V。板卡選用的是ZL6105ALAF，LTM4644，LTC3617，其中特別推薦LTC3617，該器件能夠?yàn)镈DR3產(chǎn)生一個(gè)總線終端電壓。可在VTT和VTTR上分別提供了？A （供應(yīng) / 吸收）的輸出電流能力。

4 P2020的啟動(dòng)配置

P2020的內(nèi)核時(shí)鐘，DDR3工作時(shí)鐘， CPU總線時(shí)鐘等的設(shè)置是靠上下拉CPU的配置引腳來實(shí)現(xiàn)的。

P2020啟動(dòng)時(shí)需要注意是：硬啟動(dòng)是需要按一定時(shí)序來進(jìn)行的，所以一般會(huì)借助FPGA來完成時(shí)序的控制。其中復(fù)位信號HRESET必須先高-后低-再高電平，不然無法正常啟動(dòng)。

5結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了基于P2020處理器的主控單元的硬件設(shè)計(jì)方案，該板卡已經(jīng)應(yīng)用在多個(gè)系統(tǒng)的綜合通信平臺上，在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，對PowerPC在嵌入式系統(tǒng)中開發(fā)應(yīng)用具有較高的參考價(jià)值。

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