（信号与信息处理专业论文）mpc8347嵌入式小系统评估板.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 随着网络、通信技术的不断发展，以网络通信处理器为核心的嵌入式系统得 到了广泛的应用。f r e e s c a l e 公司生产的p o w e r p c 系列c p um p c 8 3 4 7 是一款先进 的网络通信处理器。为了便于研究、跟踪当前诸如网络安全与高速以太网等先进 技术，本论文就是设计实现一款基于m p c 8 3 4 7 的高性能网络通信系统评估板， 为进一步的研发打下基础。 论文对m p c 8 3 4 7 通信系统评估板的复位配置、内部地址空间分配、l o c a lb u s 控制器配置、各时钟信号配置等相关的内部配置寄存器进行了配置，构建了 b o o t 、f l a s h 、d d r 、串口等基本的片上外围设备电路，着重介绍了千兆以太网 接口设计和p c i 通信接口设计。在此硬件平台基础上，评估板采用了风河公司的 v x w o r k s 作为平台的操作系统。论文介绍了系统评估板的操作系统b s p 实现过 程，突出研究了网络驱动程序、f l a s h 芯片驱动程序的编写。 本论文的研究内容得到了很好地实现，设计的小系统评估板已经成功的应用 在了学生通信系统实验箱中，此外也可以以此平台为基础开发多种网络产品。 关键字：m p c 8 3 4 7v x w o r k s 操作系统千兆以太网 p c i 总线板极支持包 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r ka n dt e l e c o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y ，t h e e m b b e d d e ds y s t e mw h i c hi sb a s e do nc o m m u n i c a t i o np r o c e s s o ra n dn e t w o r k p r o c e s s o r i s w i d e l yu s e d 。m p c 8 3 4 7 i sa l la d v a n c e dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o n p r o c e s s o rp r o d u c e db yf r e e s c a l e i n c t o r e s e a r c ha n dm a s t e ra d v a n c e dd e s i g n t e c h o l o g y ，s u c ha s10 0 0 b a s e te t h e m e ta n di n t e r n e ts e c u r i t y w ed e s i g nan e t w o r k c o m m u n i c a t i o np l a t f o r m u s i n gc p um p c 8 3 4 7 t h i sp a p e rd e s c r i b es e v e r lf u n c t i o ni n c l u d e dr e s e t ，c l o c k i n g ，i n i t i a l i z a t i o n ，a n d s y s t e mc o n f i g u r a r t i o n t h ec i r c u i t s ，s u c ha sb o o t ，f l a s h ，d d rs d r a m ，u a r t ，a r e d e s i g n e di nt h i sp a p e r e s p e c i a l l yw ed i s c u s sh o w t od e s i g np c i b u si n t e r f a c ea n d g i g b i te t h e m e t a c c o r d i n gt h e s eh a r d w a r e ，w ec h o o s ev x w o r k sa st h eo p e r a t i o n s y s t e mo ft h en e t w o r kc o m m u n i c a t i o np l a t f o r m t h eb o o ki n t r o d u c e sa n dd e v e l o p e s t h eb o a r d s u p p o r tp a c k a g e b a s e dm p c 8 3 4 7n e t w o r k c o m m u n i c a t i o n p l a t f o r m p r o g r a m i n ge t h e m e td r i v e ra n df l a s hc h i pd r i v e ra r et h ei m p o r t a n tp a r t so f s o f t w a r e w e f u l l yc o m p l e t et h i sm p c 8 3 4 7e m b e d d e dd e v e l o p m e n ts y s t e m i ti sa l r e a d y u s e df o rc o m m u n i c a t i o nt e a c h i n gp l a t f o r m u s i n gt h i sd e v e l o p m e n tb o a r d ，w ea l s o c a nd e s i g nm o r ec o m p l i c a t e dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m k e yw o r d s ：m p c 8 3 4 7v x w o r k so p e r a t i o ns y s t e m g i g a b i te t h e r n e tn e t w o r k i n g p c i b u sb s p 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 崖l 圭l ；x 日期：2 坚益：垒f 6 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：蛆导师签名： 日期：秒当啦玷 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 现在我们已经开始进入了信息社会，在信息社会人们通过各种各样的通信方 式使得人与人之间的关系越来越近，地球变成了一个小村庄。这些通信方式既有 较古老的有线固话，无线电报，也有最新的计算机网络通信以及移动通信，甚至 于卫星通信等等，它们构成了各式各样的通信网络。由此我们可以看出各种通信 系统在现代信息社会中扮演着关键的角色，随着日新月异的通信技术的发展，各 种各样的不断更新的通信设备把世界的每一个角落给联系起来，方便与人们的联 系，给整个社会的生活方式、经济活动、社会交往、政治、军事、文化等方方面 面带来了不可逆转的影响。 有鉴于通信设备在整个社会中的关键角色，通信行业成为当下最为热门的行 业，通信技术成为各个国家地区、各个高校科研院所争先投入大量的人力与物力 去研究的热门专业。伴随着行业和技术的要求，国内和国际上出现许多知名的通 信行业企业，例如国内的中兴、华为、大唐，国际上的i n t e l 、摩托罗拉、t i 、飞 思卡尔、阿尔卡特、朗讯等等，它们都是当下世界上发展最好最有前景的企业【2 6 。 由此我们可以看出了解和研究最新的通信技术，开发最新的网络通信设备，是当 今世界最为重要的一项科学技术研究工作。 在整个网络通信系统中，由于通信系统的特殊要求，需要有专门的处理网络 通信技术与设备，实现信息的快速处理和转发。为了实现这一目标，人们专门针 对通信系统开发出了网络通信处理器。我们知道在基于c p u 软件处理结构中， 单纯提高c p u 的主频并不能解决存储转发中的速度等瓶颈问题。因为在这种结 构下，处理多个输入数据的前提是要有足够的存储访问带宽，以解决大量数据的 缓冲问题。总体来讲，对于处理器处理带宽和存储访问带宽的需求是n x v ( 其中 n 时端口数，v 是端口链路速率) 。目前的通用处理器中提高性能的主要方法是， 增加流水和超标量，增加数据c a c h e ，提高浮点运算能力。但这些性能独步适用 于网络报文处理，所以出现了一种特殊的处理器类别网络通信处理器。幽j 网络通信处理器的核心是网络处理模块，通常由多个r i s c 处理器和通道处 南京邮i 乜大学顾i ：研究生学位论文第一章绪论 理器组成。如图l l 所示，一般的网络通信处理器的基本结构包括：( 1 ) 多r i s c 内核：( 2 ) 通用网络处理硬件；( 3 ) 高速缓冲接口；( 4 ) 高速i o 接口；( 5 ) 通 用处理器接口。一般情况下，存储器接口外接s d r a m ，用来缓冲大量的数据通 信，c p u 接口连接通用处理器，高速i o 接口用来连接高速外围设备。 2 3 】 c p u 接口 存低嚣接口 ii r i s c 桩 p a t t e r n r i s c 摇 m a t c h i n 9u n i t r i s c 裱 缝冲单元 r i s c 植 p c i 援口 高墓缝存 图1 - 1 网络通信处理器的基本结构 我的课题采用了f r e e s c a l e 半导体公司生产的p o w e r p c 系列网络通信处理器 m p c 8 3 4 7 ，m p c 8 3 4 7 集成了两个3 2 位微处理器( 嵌入的p o w e r p c 内核和通信 处理模块c p m ) 和多种外设接口，具有强大的通信和网络协议处理能力，广泛 应用于各种高端通信和网络产品，如远程集线器、路由器等。以m p c 8 3 4 7 为基 础的通信平台支持多种网络协议，能够实现以太网通信、串口通信等等，并预留 了扩展接口，将来可以进行功能扩展。 本课题就是通过构建基于m p c 8 3 4 7 处理器的嵌入式通信小系统，了解和掌 握现代网络通信处理模块的基本结构，以便在此基础上进行更为深入更为复杂的 通信系统的研究与构造。他被设计成自供电、具有板载p c i 、u s b 和网络功能的 独立c p u 小系统，同时又通过背面的插座预留出通用的c p u 总线和g p i o ，可 以插接在其它的母板上进行扩展。 1 2 本论文的主要研究内容 本论文以f r e e s c a l e 的m p c 8 3 4 7 通信处理器为核心，设计一款网络通信小系 统平台。这个小通信系统主要由e 3 0 0 处理内核( 3 2 k b y t e 的指令和数据缓存) 、 d d r 存储控制器、l o c a lb u s 总线控制器、可编程中断控制器、p c i 控制器、 d m a 控制器、1 0 1 0 0 1 0 0 0 以太网控制单元、安全引擎等众多模块整合而成。可 南京邮电人学硕士研究生学位论文第一章绪论 提供两路p c i 总线、两路u s b 、两个简单串口和两个1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 自适应以太网 接口等，工作频率最高可达6 6 7 m h z ，支持最大1 g 的d d rs d r a m 内存，内部 集成加密的模块可方便实现i p s e c 功能。此外还提供一套扩展接口，包括通用的 c p u 控制总线( 总线时序可编程) ，可以灵活地挂接各种c p u 方式读写的设备， 实现控制功能；最多5 2 b i t 的g p i o ，可灵活地应用于数据采集和控制；提供两 路l 2 c 和s m i 总线对各种串行设备进行管理。 3 1 同时，在基于通信处理器的嵌入式微处理器的应用开发中，嵌入式实时操作 系统是构成整个嵌入式通信小系统不可或缺的核心软件。本论文采用美国 w i n d r i v e r 公司的v x w o r k s 嵌入式实时操作系统，针对通信系统所要实现的功能 和接口，研究通信接口设备中各种类型协议和接口驱动在v x w o r k s 下的如何移 植与实现。具体到本论文的通信小系统，移植v x w o r k s 操作系统，以实现整个 系统的全部软硬件资源的分配调度，控制协调并发活动，支持以太网、串口、p c i 、 u s b 等各种协议。 通过对这样一款基本功能完善的通信系统的设计与研究，包括完成了部分硬 件电路的设计、进行v x w o r k s 操作系统的移植、实现串口、网口通信以及部分 网络协议的加载。为今后以此平台为基础开发多种网络产品，进一步进行通信协 议的研究打下基础。 1 - 3 论文的安排结构 本文论述了如何设计和实现基于嵌入式m p c 8 3 4 7 通信处理器和v x w o r k s 操 作系统的嵌入式通信小系统，包括系统平台搭建，软件开发流程，相关细节实现 等问题，对相关知识背景作了简单介绍。 论文的主要结构安排如下： 第一章绪论简单介绍了本文的课题研究背景、课题意义、论文内容与结构安 排。 第二章介绍了嵌入式通信处理器m p c 8 3 4 7 的结构与工作原理，提出了构建 通信小系统的方案。 第三章主要完成了通信小系统的硬件电路设计。包括对系统的上电过程、时 钟、复位配置、地址空间分配、局部总线配置等这些基本设计，详细讲述了系统 两个h o s tp c i 接口的构建，最后重点突出阐述了千兆以太网接口电路的设计。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 第四章介绍了嵌入式操作系统v x w o r k s 及板级支持包( b s p ) 的文件组成与 基本开发步骤。 第五章m p c 8 3 4 7 小系统中v x w o r k s 操作系统b s p 实现。根据第四章的指导， 主要讲述了m a k e f i l e 文件的编写、e o n f i g h 文件的配置以及串口、f l a s h 芯片驱动 编写，着重研究了如何编写e n d 网络设备驱动程序。 最后对整个工作做了一个结束总结。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章m p c 8 3 4 7 简介与小系统工作原理 第二章m p c 8 3 4 7 简介与小系统工作原理 2 1m p c 8 3 4 7 简介 m p c 8 3 4 7 是f r e e s c a l e 公司推出的基于p o w e r p c 构架的新一代高性能通信处 理器之一，属于m p c 8 3 4 7p o w e r q u i c ci i t mp r o 集成通信处理器家族，集成了 增强了的e 3 0 0p o w e r p c t m 内核和一些高级特征，例如d d r 存储控制器，双p c i 控制器，千兆以太网控制器，高速u s b 控制器。【2 】 m p c 8 3 4 7 为新兴的网络设备、电信和其他嵌入式控制应用提供了高性价比 的集成控制处理解决方案。它能应用在诸如网络路由器、程控交换机、无线局域 网、网络存储器、家庭网络应用、工控设备、复印机、打印机和其他一些图像系 统。 m p c 8 3 4 7 是基于e 3 0 0 片上系统的，所以使它可以更方便更快的添加或移除 功能模块，开发出适应市场需求的设备。e 3 0 0 片上系统的核心是m o t o l o r a 的e 3 0 0 p o w e r p c 内核。基于经典的p o w e r p c 指令系统，e 3 0 0 内核是用在以前基于 p o w e r q u i c ci i 处理器的m p c 6 0 3 ep o w e r p c 内核的加强版。它把l 1c a c h e 变成 了原来的两倍( 3 2 k 数据c a c h e 和3 2 k 指令c a c h e ) ，同时具有奇偶校验功能，以 及其他一些强化了的功能。e 3 0 0 内核完全与现有的m p c 6 0 3 e 内核产品兼容【2 】。 除了e 3 0 0p o w e r p c 内核外，e 3 0 0 片上系统还包括了d d rs d r a m 存储控制 器，两个三速率的以太网控制器，两个3 2 b i t 的p c i 控制器，集成了安全模块， u s b 2 0 主从控制器，局部总线控制器，可编程终端控制器，两个1 2 c 控制器，4 通道d m a 控制器，d u a r t ，串行外围接口，通用i o 端口，系统时钟。m p c 8 3 4 7 的高度集成极大的简化了板级设计和提供了重要的带宽和应用。 2 2 肝c 8 3 4 7 嵌入式小系统基本原理 2 2 1 总体结构 图2 1 显示的就是m p c 8 3 4 7 单板功能框架图。在单板上集成了千兆以太网、 u s b 接口和p c i 通用插槽，可以作为独立小系统使用，同时通过背面的插座将 c p u 总线、p c i 总线、1 2 c 、s p i 和g p i o 信号预留出来，具有强扩展性。 南京u 人掌m j 研宄学* 史 第一$ m p c 8 3 4 7 简介。j 小系统t 忭埭理 惜噍 | ! ：。 2 2 2 接口配置 图2 1m p c 8 3 4 7 单板结构示意图 r 面详细列出m p c 8 3 4 7 应该出的接口： 夺提供丽个通用p c i 插槽，支持p c i 22 仂，议。通过p c i 插卡可以扩展出图 像、网络、u s b 等各种应用。 夺提供两个i o 1 0 0 1 0 0 0 m 自适应以太网口提供强大的网络处理能力。 夺提供两个u s b 20 接口，支持h o s t d e v i c e 模式，既能直接手j 展海量存储 设备，又能配置成设备模式。 夺提供套通异j 的c p u 控制总线( 总线时序可编程) ，可以灵活地挂接各 种c p u 方式读写的设备，实现控制功能。 串昂多5 2 b i t 的g p i o ，可灵活地麻用于数据采集和挡制。 奇提供个串】j ，用于对c p u 的配置和监控 夺c p u 提供1 2 c 和s m i 总线对各种串行设备进行管理 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二二章m p c 8 3 4 7 简介与小系统- t 作原理 2 2 3 功能性能 。 m p c 8 3 4 7 内部实现的功能： 令c p u 采用p o w e r p ce 3 0 0 核，支持主频6 6 7 m h z 夺6 4 b i t 的d d ri 控制器，d d r 速率3 3 3 m h z ，内存容量可以支持到2 g 夺一套支持p c i 2 2 的p c i 总线，支持6 6 m 总线频率，提供内部仲裁功能 夺3 2 b i t 的c p u 总线( 数据地址总线) 支持最大1 3 3 m 的总线速率 令c p u 含有硬件加密引擎，可方便实现i p s e c 加密功能完成基本的i p s e e 、 d e s 、3 d e s 的加密功能。 板上具有最大可到1 2 8 m 的f l a s h 芯片，用于存储数据，并且支持文件管 理功能。 令强大的网络处理功能，转发能力可达2 0 0 k p p s 。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章m p c 8 3 4 7 嵌入式小系统硬件设计 第三章m p c 8 3 4 7 嵌入式小系统硬件设计 3 1c p u 系统概述 如图3 1 所示，c p u 系统主要由e 3 0 0 处理内核( 3 2 k b y t e 的指令和数据缓存) 、 d d r 存储控制器、l o c a lb u s 总线控制器、可编程中断控制器、p c i 控制器、 d m a 控制器、1 0 10 0 1 0 0 0 以太网控制单元、安全引擎等众多模块整合而成。可 提供两路p c i 总线、一路l o c a lb u s 总线、两路1 2 c 总线、两路u s b 、两个简 单串口和两个1 0 1 0 0 1 0 0 0 m 自适应以太网接口等，工作频率最高可达6 6 7 m h z ， 支持最大2 g 的d d rs d r a m 内存，内部集成加密的模块可方便实现i p s e c 功能。 s d 黜l d d rm 。m 。r yc o n t r o l l e r r o m t 一l a c a ib u sc o n t r o l l e r s d r a mf $ e c is e c u r i t ye n g i n e 洲二里翌 s “a - 一 ! ! ) 阢一 ! 堕 惦u$8081=厂回host两devic汁e_ 刊i g 纠。o 臣型三孓 a r b i t e rb u s m o n i i o r c b 卜睁怕m 锄蛐肿b u s s e q u e n c e r s e o 阿而习 i l 1d a t a l i c a c h e i i一 6 4 3 2 bp c ic o n t r o l l e ri p c i l 竺! ! ! 竺竺：f + 眨 1 丽五i 磊 图3 1m p c 8 3 4 7 系统模块框图 3 2m p c 8 3 4 7 上电复位顺序 m i i ，g m i i ，t b i ， r t b l 。只g m i l m i i ，g m t l ，t b ! 。 r t b i 只g m i i m p c 8 3 4 7 e 的详细复位启动过程如下： 1 c p u 供电，供电电压满足c p u 要求； 2 系统置位p o r e s e t 和t r s t ，初始化内部寄存器为默认值，将大多i o 脚设 为高阻状态( 一些时钟、时钟使能和系统控制管脚除外) ； 3 提供给c p u 稳定的输入时钟c l k i n ( p c i 主模式) 或者p c ic l k ( p c i 从 模式) ，和所需的复位配置输入信号脚( c f gr e s e ts o u r c e ， c f gc l k m d i v ) ； 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章m p c 8 3 4 7 嵌入式小系统硬件设计 4 c p u 在3 2 个稳定的输入时钟c l k i n ( p c i 主模式) 或者p c ic l k ( p c i 从 模式) 周期以后，置p o r e s e t 无效； 5 c p u 采样复位配置输入信号的值，用以确定时钟的比例和复位配置字的来源； 6 设备开始加载复位配置字，加载的时间长短由复位配置字的来源决定； 7 一旦低位复位配置字加载进去，c p u 内部系统锁相环就开始锁时钟。系统锁 相环一锁定，时钟c s be l k 将供给内核e 3 0 0 锁相环； 8 内核e 3 0 0 开始工作，锁定时候； 9 设备在此过程中将一直保持h r e s e t 为有效状态，直到内核e 3 0 0 锁相环锁 定和所有复位配置字已全部加载完毕： 1 0 紧接着就是内核e 3 0 0 复位和i o 驱动器的使能，d d r 和l b i u 的数字锁相 环开始锁定时钟，p c i 接口可以响应配置周期而输出d e v s e l 信号 1 1 c p u 根据复位配置字的设置读取b o o t 信息，本系统b o o t 信息是从l b i u 接 口单元获取 1 2 至此c p u 已基本完成复位启动过程。 上电复位过程如图3 - 2 所示； c l k i n ( h o s tm o d e ) o rp c i c l k ( a g e n t 氟丌罹疑了 ( i n p u t ) 再陬丽 ( o u t p u t ) g 冈墨；e 丁 ( o u t p u t ) 雨轿 ( i n p u t ) r e s e tc o n f i g u r a t i o n i n p u ts i g n a l s r e s e tc o n f i g u r a t i o n w o r d sl o a d i n g 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章m p c 8 3 4 7 嵌入式小系统硬件设计 3 3 复位配置信息 3 3 1 复位输入配置管脚 复位配置管脚通过电阻的上下拉，在c p u 上电复位过程中，由c p u 采样数 据可直接实现配置信息的输入。配置输入管脚有四个，分别为：c f gr e s e ts o u r c e 0 ：2 】和c f gc l k i nd i v ，分别决定复位配置字的来源和p c i 同步时 钟p c is y n co u t 与输入时钟c l k i n 的关系。复位配置字来源我们采用：c f gr e s e ts o u r c e 0 ：2 】_ 0 0 0 ，来源于局部总线e e p r o m 。【1 】 3 3 。2 复位配置字 复位配置决定着系统时钟速率和其他一些基本器件功能，比如p c i 主从模式 选择、b o o t 启动位置、三速以太网工作模式、和字节序等。复位配置字的来源 主要由上述的c f gr e s e ts o u r c e 0 ：2 来决定，在上电复位和硬件复位过程 中由本地总线或i i c 总线读入c p u 。主要包括两个复位配置字低位寄存器 r c w l r 和复位配置字高位寄存器r c w h r ，分别包括如下内容： 刊d 囤盟二工二三 二 二二三二 m t a 二二二二二二二二二二三二二二二二二二二二 图3 3复位配置字低位寄存器 1 61 7b口2 02 12 22 42 52 82 72 8曲3 03 1 融耐臣亘 玉亟 工二二二二二三二二二二二 至巫蛐 图3 4 复位配置字高位寄存器 复位配置字低位寄存器主要决定l o c a lb u s 控制器、d d r 控制器、系统锁相 环以及内核锁相环的倍频关系，主要在3 6 时钟设计小节统一描述。 复位配置字高位寄存器配置系统工作的基本功能： p c i 主从模式选择，在h o s t 模式( 默认) 时，两套p c i 都可以使用，而在 a g e n t 模式时，只有第一套p c i 是可以使用的。本设计中采用默认h o s t 模式 r c w h r p c i h o s t = i 。 p c i 总线模式配置：可分别配制成6 4 位和3 2 位总线模式，但在6 4 位模式下， 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章m p c 8 3 4 7 嵌入式小系统硬件设计 只能使用第一套p c i 总线。小系统中设计了两套p c i 接口，所以应该采用的是 3 2 位总线模式，r c w h r p c i 6 4 = 0 。 p c i 仲裁方式选择：可分别配置p c i l 和p c i 2 的仲裁方式为内部仲裁和外 部仲裁。( p c i 2 是指8 3 4 9 芯片集成两套p c i 总线) 。小系统统一采用系统内部仲 裁为p c i 总线的仲裁方式，r c w h r p c i l a r b = i ，r c w h r p c i 2 a r b = i 内核启动方式选择：选择c p u 的e 3 0 0 内核启动是否需要等待外部主设备的 操作配置，系统配置成r c w h r c o r e d i s = 0 需要等待外部主设备操作，这是 因为小系统的启动需要通过外部c p l d 植入系统配置字。 启动地址空间选择：选择c p u 启动是从最末的8 m 字节 0 x f f 8 00 0 0 0 0 x f f f ff f f f 开始，还是从最开始的8 m 字节 0 x 0 0 0 00 0 0 0 - o x 0 0 7 ff f f f 开始。 i i c 启动方式和看门狗使能选择我们都选择d i s a b l e d b o o t 启动位置选择：m p c8 3 4 7 支持多种b o o t 启动方式，即b o o t 可以挂在 如下的多种总线接口下，d d rs d r a m 、p c i l 、p c i 2 、l o c a lb u s 的8 比特1 6 比特3 2 比特启动等。系统采用挂接在l o c a lb u s 下的f l a s h1 6 b i t 模式访问。 以太网工作模式选择：m p c 8 3 4 7 提供了1 0 1 0 0 1 0 0 0m 三种工作速率，该寄 存器决定三速以太网控制器的接口数据宽度和协议，包括g m i i 、r g m i i 、r t b i 和t b i ，具体参考在3 1 6 节以太网接口电路设计中详细说明。 内核工作字节序选择，选择决定c p u 内核e 3 0 0 工作在大字节序还是小字节序， 在m p c 8 3 4 7 系统中我们统一采用小端模式。 l a l e 时序和校验比特复用方式选择采用：r c w h r l a l e = 0 ， r c w h r l d p = i 复位配置字决定了c p u 的基本实现功能，需要在c p u 上电复 位或者硬件复位的过程中送入，设计过程中复位配置字从l o c a lb u s 总线 e e p r o m 获得所需要的配置信息。 这里要特别注意的是配置信息再e e p r o m 中存储的地址与配置字之间的对 应关系，其实在e e p r o m 通过4 字节空间才存储配置字一个字节信息。关系如 图3 5 所示 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章m p c 8 3 4 7 嵌入式小系统硬件设计 b i t s 【0 ：7 1 b i t s 【8 一弓1翻t 【1 6 ：2 锡 b 捷o1 2 4 ：a 1 r o t , a tc o n l l g u r a l l l o aw o r d a d t l r e a t l d 瞄 a t l d r 瞄 a d a p b g l o w 0 ) o0 氟始a 订00 x 1 8 h l g l l 0 摇1 00 】臣800 焰8 图3 5e e p r o m 地址与配置字对应关系 关于复位配置字低位寄存器的配置含义，在3 6 时钟说明中进行了详细的说 明。同时通过上面对高位寄存器的说明以及小系统设计中考虑的情况，分别设置 如表3 1 的复位配置字。 表3 1 复位配置字： r c w l0 0 = 8 h 8 3r c w l0 8 = 8 。h 0 2r c w l10 = 8 h 0 0r c w l18 = 8 h 0 0 r c w h2 0 = 8 h b 4r c w h2 8 = 8 。h 5 0r c w h3 0 = 8 h a 0r c w h38 = 8 h 0 0 3 48 3 4 7 内部地址空间分配 8 3 4 7 的3 2 b i t 地址空间定义为9 种l o c a la c c e s sw i n d o w ，每个w i n d o w 代表一 个地址空间范围，w i n d o w0 表示配置寄存器i m m r ，w i n d o w l - 4 固定为l o c a l b u s ，w i n d o w5 、6 为p c i 使用，d d rs d r a m 用最后的w i n d o w 7 、8 ，它们都 可以分别配置到各自的地址空间，如果有重叠，则窗口号低的优先使用该空间。 l o c a la c c e s sw i n d o w 主要由偏移地址0 x 00 0 0 0 - - o x 00 0 f c 几个寄存器来分 配空间，偏移地址是相对于i m m r b a r 。9 个窗口中包括一个内部空间分配寄存 器i m m r b a r 、四个l o c a lb u s 窗口、两个p c i 窗口、两个d d rs d r a m 窗口。 每个窗口均有两个寄存器来配置：基址寄存器b a r 和属性寄存器a r 。 i m m r 内部空间分配寄存器，主要包括c p u 配置、控制和一些状态寄存器， 即设备内部存储阵列，需要1 m 字节的空间，其默认基地址为0 x f f 4 00 0 0 0 。 基址寄存器b a r ： f i 9 l d r e s e t r w a d d r f i e l d r o s e l r ，、 a d d r b a s t a d d r o x 0 0 0 0 1 r ，w o x 2 0 ，0 x 2 8 。0 ： 3 0 0 x 3 8 1 61 71 81 92 02 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 1 b a s e a d d 只 i q e s e r v o d o x o0 x 0 0 0 r ，w o x 2 0 。0 x 2 8 ，o x 3 0 ，0 x 3 8 南京邮电人学硕士研究生学位论文第三章m p c 8 3 4 7 嵌入式小系统硬件设计 b i t sn a m e d e s c r i p t i o n 啦! 9 b a s e a d d r i d e n t i f i e st h e2 0m o s t - s i g n i f i c a n ta d d r e s sb i t so ft h eb a s eo fl o c a la c c e s sv a n d o wn t h e s p e c i f i e db a s ea d d r e s ss h o u l db ea l i g n e dt ot h ew i n d o ws i z e 。a sd e f i n e db y l b l a w a r n s i z 日 2 ( 卜3 1 r e s e r v e d w r i t eh a sn oe f f e c t , r e a dr e t u r n s0 属性寄存器o r ： a d d r 图3 - 6 基址寄存器 o1234567891 01 11 21 3 1 4 1 5 e nr e s e r v e d 0 10 0 0 _ 0 0 0 0 _ 0 0 0 0 _ 0 0 0 0 r ， ， 。0 x 2 4 ，o x 2 c ，0 x 3 4 ，o x 3 c 1 61 71 8l e2 02 1 兹 2 4筋2 72 b2 93 03 , 1 r e s e r v e ds i z e 0 0 0 0 - 0 0 0 00 0o o _ o o 0 0 2 删 0 x 2 4 。o x 2 c 0 x 3 4 o x 3 c b i t s n a w l 4 ) d e s c d p t i o n oe not h el o c a lb u s1 0 la o c e s sw i n d o wni sd i s a b l e d 1t h ei o c a lb u s1 0 c a ia c c e s sw i n d o wni se n a b l e da n d0 t h e rl b ia 1 i ，a r 0a n d l b l a w b a r of i e l d sc o m b i n et oi d e n t i f ya na d d r e s sr a n g ef o rt h i sw i n d o w 1 2 5 r e s e w e d w r i t eh a sn oe f l e c t , r e a dr e t u r n s0 2 6 3 1s l z ei d e n t f i o st h e8 i z eo ft h ew i n d o wf r o mt h es t a r t i n ga d d r e s s w i n d o ws i z ei s2 ( 9 1 z e + 1 ) l ，外e s 。 0 0 0 0 0 0 - 0 0 10 10 r e s e r v e d w i n d o wi su n d e f i n e d 0 0 1 0 1 14k b y t e s 0 0 1 1 0 0 8 k b y t e s 0 0 11 0 11 6k b y t e s 。2 ( s i z e + 1 ) b y t e s 0 1 1 1 1 0 2 g b y t e s 0 1 1 1 1 1 1 ”1 1r e s e r v e d w i n d o w i s u n d e f i n 州 图3 7 属性寄存器 实际使用中对各窗口进行的起始地址，空间大小分配配置如表3 2 中，其对 应的内部空间分配示意图如图3 8 所示： 有一点需要注意的是虽然表3 2 中给d d r 分配的空间为2 g ，但软件在分配 内存空间时必须根据实际的d d r 大小，实际d d r 大小按所插内存而不同。 刚洲 洲 f f 南京邮电入学硕= i ：研究生学位论文 第三章m p c 8 3 4 7 嵌入式小系统硬件设计 表3 - 2l o c a la c c e s sw i n d o w 寄存器配置： w i na d d rr a n g ei a r g e tb a ra r s i z e ( b y t e ) 7 o x 0 0 0 0 0 0 0 d d rs d r a m l o x 0 0 0 念旦0 0 00 x b 8 0 0 - 0 0 0 1l g 8 0 x 4 0 0 qj 0 0 0d d rs d r a m 20 x 4 0 0 0 0 0 0 0 0 x b 8 0 0 0 0 01 l g 2 0 x 8 0 0 q 0 0 0 l b u s 0 x 8 0 0 q j 0 0 0 0 x c 8 0 q j 0 0 1 1m 5 o x a 0 0 0 0 0 0 0 p c i l o x a 0 0 0 - 0 0 0 00 x 3 8 0 0 _ 0 0 0 1 2 5 6 m 6o x b 0 0 qj 0 0 0 p c i 2 o x b 0 0 0 _ 0 0 0 00 x 3 8 0 q 0 0 1 2 5 6 m 3 0 x c 0 0 q 0 0 0 l b u s o x c 0 0 0 0 0 0 00 x 3 8 0 0 0 0 1 2 5 6 m o 0 x f f 4 0 。0 0 0 0 i m m r0 x f f 4 q9 0 0 0 0 x b 8 0 0 0 0 0 1 1 m 1 0 x f f 8 q 0 0 0 l b u s 0 x f f 8 q 0 0 00 x 6 1 0 0 - 0 0 0 1 8 m 臼c 埘科鲁啪i m 甜m 憎 。一 1 1 0 m 聃r 8 l f i o 图3 8l o c a la c c e s sw i n d o w 寄存器配置 3 5l o c a lb u s g p c m 配置 8 3 4 7 目前有四个b a n k ( 以后可能扩展到8 个，把这些片选信号都从插座放 下去) ，l c s 0 # 给b o o t , l c s i # 给f l a s h 。l o e 信号共用为读信号，l w e 0 # 作为 b o o t 的写信号，l w e i # 作为f l a s h 的写信号。用1 6 3 7 3 锁存出3 2 位地址总线， 与l a d 0 ：3l 】作为数据总线一起放到插座上。将g p c m 所需的所有控制信号都 放到插座上。l b c 可配置成g p c m 、s d r a m 、u p m 三种模式。本设计需配置 成g p c m 模式。每个b a n k 独立地产生片选信号，其基地址由b r 和o r 两个 寄存器设置。每个b a n k 可单独配置基地址、数据宽度。系统将l o c a lb u s 分成 以下表3 3 几个空间。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章m p c 8 3 4 7 嵌入式小系统硬件设计 表3 3l o c a lb u s 空间分配： 描述 b a n k 基地址数据宽度大小备注 b o o tlof f 8 00 0 0 08 1 m b y t e 已使用 f l a s h2c 0 0 00 0 0 01 6 2 5 6 m b y t e已使用 c p u 扩展空间3f f a 00 0 0 03 2 6 m b y t e 已使用 注意上电复位以后，只有b r 0 是有值的，其中p s 位由硬件配置，v 位为1 。 此时所有l o c a l b u s 的地址都会产生c s 0 。一旦其它的b r 和o r 有了配置，才会 产生其它的c s 信号，l b u s 的时序也可以作相应的配置。 3 5 1 基本配置 对局部总线的配置除了基址寄存器做出合适的配置外，还需要对负责设计局 部总线时钟的时钟比率寄存器配置，以及配置局部总线控制寄存器使能控制局部 总线。 l c r r c l k