MPC755嵌入式计算机系统设计方案解析

MPC755是Freescale公司开发的PowerPC系列微处理器中具有卓越性能的G3代产品。本文介绍了以MPC755为核心的嵌入式计算机系统的结构框架、主要芯片、地址空间分配、实现难点，以及系统的调试方法和启动过程。该嵌入式系统处理能力优越，内核最高处理能力可达733MIPS，可用于语音处理、路由器、无线接入、VoIP、软交换等。
　　伴随着信息化时代的来临，嵌入式系统在通信中的应用越来越广泛，人们对带宽的需求越来越高，而新业务要求嵌入式系统具备更强的处理能力。本文以MPC755为核心，构建了一个功能强大、高度模块化、实时性强、具备高度可扩展性的嵌入式计算机系统，可用于语音处理、路由器、无线接入、VoIP、软交换等众多场合。因为MPC755具有并行执行数条指令、简单指令的快速执行、流水线操作等优点，所以该系统处理能力优越，内核最高处理能力可达733MIPS。通过主/PCI桥MPC107扩展了多种通讯协议处理接口，符合多种RTOS（实时操作系统，如VxWorks、嵌入式Linux等）对其运行平台的要求。
　　MPC755处理器
　　MPC755是一种32位超标量微处理器，遵循了PowerPC处理器架构，有着与PowerPC完全相同的指令集。芯片集成了6个独立的执行单元（2个整数单元、1个加载/存储单元、1个双精度浮点单元、1个系统寄存器单元和1个跳转处理单元），在一个时钟周期内最多可以同时执行6条指令。
　　MPC755内嵌了独立的32K字节指令和数据高速缓存，以及指令和数据内存管理单元（MMU）。L2 Cache（二级高速缓存）控制单元最大可外接1M字节SRAM，用作二级高速缓存。总线接口单元向外引出60X总线，可以外接具有60X总线的设备。当内核工作在400MHz时，性能高达733MIPS。MPC755还包含了一个性能监视器、一个遵循IEEE1149.1标准的JTAG调试接口、以及温度管理单元等（MPC755功能结构见图1）。
　　
　　图1：MPC755结构框图
　　MPC755在引脚定义和软件代码上都向下兼容，核心电压为2.0V，I/O电压3.3V/1.8V可选。MPC755内核的最高频率是400MHz。系统时钟通过SYSCLK0引脚输入，经过PLL电路倍频，产生内核时钟，即主频。引脚PLL_CFG［0:3］在系统上电时的配置值（本设计中是0b‘1010） 决定了倍频系数。
　　系统总体设计
　　图2是基于MPC755的嵌入式计算机的系统框图。由图可见，MPC755的接口扩展主要依赖于主/PCI桥--MPC107。MPC755本身只外接了二级缓存，以提高系统性能。而其它接口都从MPC107引出，包括一个串口，一个10M/100M自适应网口，I2C口等。串口和网口符合多种RTOS对运行平台的要求，且在硬件上满足了嵌入式系统的两种主要调试手段（串口调试和以太网调试），应用开发相当容易。PMC槽使系统具备较强的现场可扩展性，可满足不同的应用需求。
　　
　　图2：基于MPC755的系统框图