基于PowerPC架構雙總線通信機制設計與實現

李春華 何菲玲 康壯

摘要：為滿足系統數據通信的高帶寬、高可靠性和低時延的需求，實現系統內各功能模塊高速互聯通信機制，本文提出一種基于PowerPC架構雙總線通信機制，該通信機制以PowerPC架構為基礎，實現SRIO交換和以太網交換兩種總線通信功能，在應用中，以太網通信用于控制信號傳輸，SRIO通信用于數據傳輸，SRIO數據傳輸速率達到6.25Gbaud，極大的提高數據傳輸帶寬，同時，也避免控制信號和數據信號占用同一線路產生的不利影響，實現雙總線通信機制。另外，基于PowerPC架構的處理器也可對數據進行管理和分配，實現可配置管理數據的功能。

關鍵詞：PowerPC;SRIO（Serial RapidIO）;以太網;雙總線通信

中圖分類號：TP336;TN915.06?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-9129（2020）12-0022-01

1 引言

SRIO傳輸協議簡單、支持多種拓撲結構，高性能、基于數據包交換的互聯體系結構，主要用于嵌入式系統內部互連，板與板之間的通信。SRIO協議只通過物理層，傳輸層即可完成數據的交換轉發，在SRIO互聯系統內，每個互聯器件具有唯一一個設備ID，通過數據包中ID可訪問相應的物理端口，進行數據傳輸。

Gigabit Etherent（千兆以太網）是一種高速以太網技術，不僅兼容傳統以太網，又顯著提高傳輸速率，千兆以太網采用與傳統以太網相同的結構、幀格式、網絡協議、數據流控制模式和全/半雙工工作方式，逐漸成為一種通用的數據傳輸方式，在高速通信設計中，通過網絡交換實現互聯互通機制已經常態化。

隨著電子技術的不斷發展，芯片的集成度越來越高，其性能越來越強大，數據傳輸速率越來越快，設備性能越來越完善，傳統的通信方式數據帶寬受到限制，單總線通信方式逐漸被取代。在傳統的通信方式中，極易出現控制信號和通信數據“爭奪”總線的控制權，導致控制命令不能及時響應，數據傳輸出現丟包現象，極大降低互連系統的可靠性，基于雙總線通信機制可有效解決上述問題，SRIO通信用于數據傳輸， 以太網通信用于控制信號傳輸，提高系統通信可靠性。

2 硬件架構

本文采用PowerPC架構實現雙總線通信機制，硬件架構框圖如圖1所示，處理器P2020通過2路Serdes接口分別與以太網交換芯片88E6185和SRIO交換芯片CPS1432連接，建立數據通信通道;通過2路IIC接口分別與以太網、SRIO交換芯片連接，實現處理器對以太網、SRIO交換芯片初始化功能。在系統中，6185和1432與其他模塊建立連接關系，實現雙總線通信機制，系統下發命令等控制信號通過6185交換芯片傳輸，大量的數據通過1432交換芯片傳輸，充分發揮雙總線通信的特點。

3 各模塊功能設計

3.1 PowerPC架構處理器。本文采用Freescale公司的P2020，該芯片基于PowerPC架構，具有2個Power Architecture e500內核，支持36位物理地址，支持雙精度浮點數計算，主頻時鐘高達1.33GHz，內部有3個獨立的以太網控制器支持10/100/1000Mbps，支持2個RapidIO，3個PCIe控制器，具有高性能、功耗低的特點，圖2為P2020最小系統框圖。

在設計中，首先建立以P2020處理器為核心的最小系統，如圖2所示，時鐘電路提供100MHz系統時鐘，復位電路實現P2020系統復位功能，電源電路為P2020提供內核電壓VDD和各接口電壓，Nor Flash提供程序的存儲空間，DDR3提供雙倍速率動態存儲空間。

3.2 以太網交換功能。本文采用Marvell公司以太網交換芯片88E6185實現網絡交換功能，該芯片可提供10路千兆以太網端口，每個端口均可配置成10Mbps/100Mbps/1000Mbps工作模式，且集成了10個獨立的3倍速Serdes收發器，每個端口可配置為光纖端口，10個獨立的媒體訪問控制器完全符合IEEE802.3協議，支持25MHz時鐘源輸入。

以太網交換功能配置分為硬件配置和軟件配置，軟件配置是P2020通過IIC接口完成對交換芯片的初始化，完成每個網絡端口配置，配置傳輸速率、工作方式等，最終通過交換芯片實現與其他模塊通信功能。

3.3 SRIO交換功能。本文采用IDT公司CPS1432交換芯片實現模塊SRIO通信，該芯片共有32路RapidIO端口，單片峰值吞吐量可達160Gbps，支持1x/2x/4x模式，數據傳輸速率可設置1.25/2.5/3.125/5.0/6.25Gbaud，芯片設計符合RapidIO2.1標準，支持多種位寬模式、全端口無阻塞交換，傳輸延時達到幾百納秒。

SRIO交換芯片硬件配置中，差分對接收端口電源電壓VDDS需要先于差分對發送端口電源電壓VDDT供電，P2020與CPS1432之間使用2x模式連接，通過IIC完成對CPS1432協議、速率和路由配置，完成初始化工作，建立SRIO總線通信機制。

4 總結

本文介紹了基于P2020處理器的88E6185網絡交換和CPS1432 SRIO交換的設計原理和實現方式，以太網傳輸控制信號，SRIO傳輸數據流，實現雙總線通信機制的功能，隨著電子技術的不斷發展，雙總線通信將會在嵌入式系統中達到廣泛的應用。

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作者簡介：李春華（1992-），男，漢族，河南周口，助理工程師，碩士研究生，研究方向為高速信號處理與數據通信技術。