（电磁场与微波技术专业论文）obs网络节点嵌入式软件系统的设计与实现.pdf

北京邮电大学硕士学位论文 o b s 网络节点嵌入式软件系统的设计与实现一 摘要 随着口网络业务的爆炸性增长，人们对传送网络的带宽和网络 处理速度的要求越来越高，因此，光突发交换( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g 。 o b s ) 技术应运而生。它充分利用了光纤容量大的特点，同时又克服 了电处理瓶颈的缺点，成为在目前条件下实现“全光交换”的过渡性 技术，已受到国际社会的广泛关注。 本论文围绕国家8 6 3 计划资助课题“光突发交换关键技术和试验 网络”，详细讨论了试验系统中交换节点嵌入式软件系统的设计与实 现方案。该方案以m o t o r o l a 公司的p o w e r p c 系列微处理器一 m p c 8 6 0 为节点处理器展开设计，讨论了如何引导系统启动，如何实 现嵌入式l i n u x 系统的移植，并根据m p c 8 6 0 访问s r a m 的方式设 计了m p c 8 6 0 访问f p g a 的方案，最终实现了网管和协议程序对 f p g a 的读写访问。论文主要分为三部分： 第一部分，介绍o b s 网络的结构特点及l o b s 试验网络： 第二部分，介绍o b s 网络节点嵌入式系统的硬件设计，包括嵌 入式c p u 的选型以及m p c 8 6 0 访问f p g a 方案的设计； 第三部分，介绍o b s 网络节点嵌入式l i n u x 的软件设计，包括 嵌入式系统的选型，以及嵌入式系统各模块的介绍与修改移植。 第四部分，对整个论文的总结，并对下一步的研究提出一点建议。 试验系统测试表明，该方案能够正确的实现交换节点嵌入式 l i n u x 系统的启动及运行，为上层应用程序提供了一个稳定的运行环 境，实现了应用程序对底层硬件的访问。 关键字：光突发交换，嵌入式系统，l i n u x ，m p c 8 6 0 北京邮电大学硕士学位论文 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe m b e d d e d s y s t e mi nn e t w o r kn o d e so fo p t i c a l b u r s ts w i t c h i n gn e t w o r k t h ee x p l o s i v eg r o w t hi ni n t e r a c tp r o t o c o l ( i p ) t r a f f i ci nt h el a s tf e w y e a r sh a st r i g g e r e dal a r g ed e m a n do fn e wh i g h s p e e dt r a n s m i s s i o na n d s w i t c h i n gt e c h n o l o g i e s o b s ( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) i sb r o u g h t f o r w a r du n d e rt h i sc i r c u m s t a n c e a so b sm a k e sf u l lu s eo ft h el a r g e c a p a c i t yo fo p t i c a ls w i t c h i n ga n do v e r c o m e st h ee l e c t r i c a lb o t t l e n e c k ，i t h a sg e tw i d e l ya t t e n t i o na si tc a nb eat r a d e o f ft or e a l i z ea 1 1 o p t i c a l s w i t c h i n gi nc u r r e n tc o n d i t i o n s u p p o r t e db y8 6 3p r o g r a m t e s t b e do fo p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g n e t w o r k ，i nt h i sp a p e rt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe m b e d d e d s y s t e ma ts w i t c h i n gn o d eo f0 b sn e t w o r ki sd i s c u s s e di nd e t a i l m p c 8 6 0 i sa d o p t e da sm i c r o - p r o c e s s o ri nt h i ss y s t e m b a s e do nt h i sp l a t f o r m ，t h e b o o t i n ga n dp o r t i n go fe m b e d d e dl i n u xs y s t e ma r ei n v e s t i g a t e da n dt h e i n t e r f a c eb e t w e e nm p c 8 6 0a n df p g ai sd e s i g n e d t h i sp a d e ri sd i v i d e d i n t of o u rp a r t s t h en e t w o r ka r c h i t e c t u r eo fo b sa n dl o b st e s t b e di si n t r o d u c e di n p a r t1 h a r d w a r ed e s i g no ft h em i c r o - p r o c e s s o rs y s t e m ，i n c l u d i n gt h e s e l e c t i o no fe m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o ra n dh o wt oa c c e s sf p g a a r e d i s c u s s e di np a r t2 n l ed e s i g no ft h ee m b e d d e ds o f t w a r e i n c l u d i n gt h e c h o i c eo fe m b e d d e do s ，t h ed e t a i l so fe a c hm o d u l e ，a n dt h ep o r t i n go f e m b e d d e dl i n u xo s ，a r ei n v e s t i g a t e di np a r t3 f i n a l l yt h ep a p e ri s s u m m a r i z e da n ds o m ei m p r o v e m e n ta p p r o a c h e sa b o u tt h en e x tr e s e a r c h a r ep r o p o s e d r e s u l t ss h o wt h a tt h i se m b e d d e dl i n u xs y s t e mc a r lb o o ta n dn m n o r m a l l y i tp r o v i d e sas t a b l ep l a t f o r mf o ra p p l i c a t i o n ss o f h v a r e ，s u c ha s n e t w o r km a n a g e m e n ts o f t w a r e ，a n ds oo n k e yw o r d s ：o b s ，e m b e d d e ds y s t e m , l i n u x ，m p c 8 6 0 北京邮电大学硕士学位论文 缩略语 o b s ：o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g l o b s ：l a b e lo p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g c p m ：c o m m u n i c a t i o np r o c e s s i n gm o d u l e b r ：b a s er e g i s t e r o r ：o p t i o nr e g i s t e r 4 3 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列 的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京邮电大学或其他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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：南冠罕日期：拥，哆 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权 书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 专曰律 j i 拉刽 日期：碑弓 日期：渺7 卜乙) 北京邮电大学硕士学位论文 1 1 o b s 技术产生背景 第一章绪论 近年来网络技术不断发展，互联网的应用已经融入到我f 挫活中的方方面 面，可以说，我们如今的生活、工作、学习都离不开网络了，这是社会科技进步 的一个表现，同时，这也使得更大的难题摆在了我们面前。不断增长的用户数量， 不断创新的业务类型，这些一起创造了前所未有的数据流量。因此，如何提高网 络速度，如何改善网络的服务质量，如何满足如此大的网络带宽，都成为目前人 们迫切关注的问题【1 1 。 9 0 年代，波分复用( w d m ，w a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 被广泛采用， 以及密集波分复用( d w d m ，d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 的成熟， 使得充分利用光纤的海量带宽( 每根光纤可以超过1 0 n s ) 成为可能。但是，采 用w d m 技术在不同频率( 即对应波长) 处同时高速率地进行传输对网络节点的 处理能力又提出了新的要求。因为，集成电路的处理速度要比光的传输速度慢得 多，这也随之成为影响网络传输速度和充分利用光纤带宽的最大瓶颈。在这神情 况下，几种基于光域的交换技术成为研究的热点，主要包括：光路交换o c s ( o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ) ，光分组交换o p s ( o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) ，以及 光突发交换o b s ( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) 。 对于光路交换的研究已经比较成熟，但是这种交换模式只是粗粒度的光交 换，不能取代i p 层的分组交换。光路交换面向连接，采用双向预约方式，需要 先在源宿之间预留双向固定带宽通道，建立好光通路，然后进行数据传输，通信 完成后再用信令拆除光路。这种交换方式不需要对数据进行缓冲和光电电光转 换，但是带宽利用率低。 光分组交换技术试图直接在光层上实现小粒度的分组交换，但由于目前受光 器件技术的局限，光分组交换的发展也就受到了限制。光分组交换面向非连接， 采用存储转发方式，包头和数据同时发送，在光层中一般采用低速的副载波调制， 直接实现小粒度的分组交换。可见，分组交换支持信道统计复用，交换粒度较小， 带宽利用率高，但是分组交换要求较高的处理速度，中间节点需要对分组进行缓 冲，在目前光缓冲器件并不成熟的情况下，这种交换方式势必受到较大的制约。 光突发交换( o b s ) 概念由c h u n m i n gq i a o 和j s t u r n e r 在二十世纪8 0 年 代提出，起源于以前的电子突发交换网。9 0 年代后，随着w d m 的发展，网络 带宽得到大幅度提升，光突发交换技术才真正引起人们的关注。o b s 技术采用 单向预约的机制，交换粒度适中，带宽分配灵活高效，一高速数据信息不需经过光 北京邮电大学硕士学位论文 电( 或电光) 转换，对中间交换节点处理能力的要求没有o p s 中的严格，实现 复杂度适中，能很好地支持光网络的q o s ，既能依靠上层协议( i p m p l s ) 区分 不同业务的q o s ，也可直接在光层上实现有区分的服务。 表1 1 对三种交换方式进行了比较。 光交换带宽建立延迟 光缓冲 开销，适应性。 ( 方式)利用率 波长交换低高不要低低 分组交换高低需要 高高 突发交换 高低 不要 低高 从表中可以看出，o b s 结合了o c $ 和o p s 的优点，提供了一种比较理想的 过渡方案【2 】。这些优点也使得o b s 作为全新的下一代全光互联网交换模式，成 为国际上一个热门研究方向。虽然从应用的角度来说，o b s 还有很多关键技术 需要作更深入的研究与测试，比如封装突发、突发偏置时延的管理、数据和控制 信道的分配，q o s 的支持、交换节点光缓存的配置等等1 3 j 。但是，作为一项具有 广泛前景和技术优势的交换方式，在国内外众多研究机构越来越多的关注下，我 们期待光突发交换早日走向应用。 1 2o b s 网络结构及关键技术 从分层结构来看，整个o b s 网络大致可分为光层一( o 叫c a ll a y e r ) 、汇聚层 ( a s s i g n m e n tl a y e r ) 和接入层( a c c e s sl a y e r ) ，o b s 汇聚层是介于承载i p 业务 的链路层和物理层之间的一个连接层，而o b s 路由层则是介于i p 层和链路层之 间的一个网络层。 从组成结构来看，一个o b s 网络主要由边缘电节点、核心全光节点和d w d m 链路构成，如图1 1 所示。其中边缘节点( e d g e n o d e ) 负责对接入业务( 如以太 网接入、a t m 接入、s d h 接入等) 的汇聚及反向拆卸，核心节点( c o r en o d e ) 完成汇聚业务在核心骨干网内的全光域交换。o b s 网络的边缘节点首先对承载 各种业务的数据包进行分类、组装，然后将组装好的突发包连同对应的控制分组 一起送入o b s 网络进行交换、转发。经过核心节点的路由或交换，突发包最终 被送往目的边缘节点，边缘节点最后还原出突发包承载的各种业务数据，送出 0 b s 网络。 2 北京邮电大学硕士学位论文 在o b s 网络中，采取了将控制信息和数据信息剥离豹方法，将控制分组和 数据突发包在不同的信道传送。首先，边缘接入节点将抵达的口包等数据信息 组装成突发包，控制信道提前发送控制分组，沿路为数据突发包预约节点资源。 通常控制分组比相应的数据突发包提前一个确定的偏置时间发送，沿途交换节点 根据控制分组提供的信息为即将到来的数据突发包预留相应信道资源，因此由于 提前预约了信道，中间节点可以不使用光缓存技术，也就使德突发包从源节点到 目的节点的传输过程中始终保持在光域内进行，无需进行光电转换，而控制信息 则在每个节点处要进行的转换1 4 j 。 e n 一0 图1 - 1 0 b s 网络结构 e n 1 o b s 结合了光电路交换和光分组交换的优势，同时避免了它们的缺点，是 一种非常有前途的交换技术，但是，必须承认，o b s 在标准和协议方面还很不 成熟，很多技术还在进一步的研究之中，很多问题有待解决。目前围绕o b s 网 络展开研究的关键技术有以下方面 s l ： 1 、o b s 系统架构的研究：对不同的系统架构的研究，以及由此引入的对各 种不同的单元技术的研究，包括对o b s 节点( 边缘节点、核心节点) 结 构的关键技术和功能机制的研究等。 2 、o b s 系统网络模型、业务模型：对o b s 网络的物理拓扑结构及分层模型 的研究，包括研究适合于突发业务的理论模型；及其对网络性能的影响 等。 “ 3 、o b s 系统路由算法和实现技术：对适合于突发业务的路由算法及实现技 术的研究，最大限度减少业务的阻塞率，降低分组丢失率、提高网络性 北京邮电大学硕士学位论文 能，节省网络资源。 4 、o b s 系统突发光交换模块：对光突发交换实现技术的研究，包括高速光 交叉矩阵、高速波长变换技术等。一 5 、o b s 系统突发交换信令控制：对信令处理协议的研究，包括快速处理信 令的协议、实现的方法以及各节点信令时钟同步的实现方法等。 6 、o b s 系统边缘节点突发分组的适配：对高速突发光发射嫒收技术的研究。 包括有限网络资源( 如波长数量等) 下的调度算法的研究，改善业务流 量自相似性的组装机制的研究等。 7 、o b s 系统性能分析与测试：对各种情况下( 负载、信道数、是否支持波 长变换、是否带光纤延迟线( f d l ) ) ，o b s 网络的时延、丢包率等性能 的研究。 一 8 、o b s 系统的组播：对组播功能的研究。 1 3l o b s 试验网络介绍 多标签交换协议( m p l s ) 是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为 网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换能力。m p l s 独立于第二和第三层 协议。它提供了一种方式，。将口地址映射为简单的具有固定长度的标签，用于 不同的包转发和包交换技术。m p l s 的原理是为每个i p 数据包提供一个标签， 并由此决定数据包的路径及优先级。与m p l s 兼容的路由器在把数据包转送到 其路径前，仅读取数据包标签，然后把所传送的数据包置于帧中继或a t m 的虚 拟电路上，并迅速转送到重点路由器，减少数据包的时延。同时，按帧中继或 a r m 交换机提供的q o s ，对所传送的数据包加以分级，大幅提升网络服务品质， 提供多样化服务。 。 l o b s 技术正是基于标签的光突发交换技术，将御l s ( 多协议标签交换) 与o b s 有机地结合起来，为i p o v e r w d m 光互联网开辟了一种新的解决方案。 l o b s 同样使用分离的波长来传送数据突发包和它们的控制分组，但是控制分组 所携带的信息与通常的o b s 不同，不再是携带突发包的地址信息，而是加入了 标签信息，其它的信息如承载突发包的波长信道、偏置时间、q o s 要求等则仍然 需要携带。一旦l s p 建立起来，l o b s 网络中对控制分组的处理不必再进行路由 计算，只要根据其所携带的标签进行基于标签交换的转发操作即可，在这个过程 中，输出数据信道的调度和根据q o s 的处理与o b s 一样。l o b s 网络是由多个 边缘节点和核心节点构成的，边缘节点与核心节点之间由w d m ( 波分复用) 链 路连接。 “ l o b s 网络的边缘节点提供与其它网络的接口、控制分组生成、突发包组装 4 北京邮电大学硬士学位论文 分解以及f e c 封装和标签操作等功能。核心节点负责对到达的突发包进行基于 标签的交换。数据分组在l s p 入口边缘节点处组装成突发包，配备带有标签的 控制分组，然后在l o b s 网络中传送，再由出口边缘节点拆分回数据分组。可见， 边缘节点和核心节点除了应具有o b s 节点的功能外，还应具有m il s 的标签交 换路由器( l s r ) 的功能。 基于以上的理论分析，分别实现了l o b s 试验网络几个模块的功能，包括边 缘节点算法的实现，核心节点算法的实现，路由信令协议及网管实现，节点嵌入 式系统实现等。最后搭建成完整的网络，如图1 1 所示。在这个试验网络中，包 括四个核心节点和三个边缘节点。在l o b s 测试网络中，路由协议采取简化的 o s p f 协议，信令协议采取简化的r s v p 协议。 1 4 论文主要研究内容 论文围绕国家8 6 3 项目“光突发交换关键技术和试验网络”课题，对光突发 交换网络试验平台交换节点( 包括边缘节点和核心节点) 的嵌入式软件系统设计 与实现进行了详细介绍，从嵌入式c p u 的选型到嵌入式操作系统的移植，都是 本论文研究的内容。 嵌入式系统的实现是l o b s 测试网络的一个重要部分，最终应使网管、协议 程序在系统中稳定运行，网管可以读取f p o a 存储的统计信息，能够将配置信息 写入到f p g a 中，协议单元可以接收路由信令帧并正常解析，可以发送打包的 路由信令帧到f p g a 中。 论文按以下结构展开： 第二章，介绍o b s 网络节点嵌入式系统的硬件设计，主要内容有嵌入式c p u 的选型以及m p c 8 6 0 访问f p g a 方案的设计。， 第三章，介绍o b s 网络节点嵌入式l i n u x 的软件设计，主要内容围绕嵌入 式o s 的各个模块展开讨论，包括b o o t l o a d e r ，l i n u x 内核以及r a m d i s k 等代码的 修改移植。 第四章，对论文工作的总结。 北京邮电大学硕士学位论文 第二章o b s 网络节点嵌入式系统硬件设计 本章从硬件角度介绍了o b s 网络中的嵌入式系统，包括嵌入式微处理器的 选型，p o w e r p c 体系及m p c 8 6 0 芯片的介绍，最后介绍了m p c 8 6 0 对f p g a 访 问采用的机制。 2 1 嵌入式微处理器选型 嵌入式系统是嵌入到对象体系中的专用计算机系统，是计算机技术、半导体 技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合的产物。嵌入式系统跟一般的p c 系统是区别的，它主要是以应用为中心，软硬件可裁剪的，嵌入式系统应能适应 应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等各方面的综合性要求。简单地说， 嵌入式系统是集系统的应用软件与硬件于一体，具有软件代码小、高度自动化、 响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的系统。从硬件上来说，嵌入 式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件组成，从软件上来说，由嵌入式操作 系统及应用软件系统组成1 5 1 。 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的c p u ，它一般装配在专门设计的 电路板上，只保留与嵌入式应用有关的母板的功能，但是电路板上必须包括 r o m 、r a i v l 、总线接口各种外设等器件。嵌入式处理器目前主要有p o w e r p c 、 m i p s 、a r m 系列等。 嵌入式系统硬件的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，所以，嵌入式开发 硬件平台的选择主要是嵌入式处理器的选择，而嵌入式系统设计的差异性很大， 这也使处理器的选择没有固定的规则。据统计，目前全世界嵌入式处理器的品种 总量已超过一千种，较流行的体系结构也有几十个系列，如此多的处理器类型一 方面给开发者提供了更多更丰富的选择，但同时也要求开发者在选择处理器时要 综合考虑到各方面的因素，以求在性能、成本、开发难易程度上找到一个平衡点。 选择处理器时要考虑的主要因素有： 一 l 、处理性能：主要包括处理器的时钟频率、内部寄存器大小、指令系统等。 对于许多需用处理器的嵌入式系统设计来说，目标不在于挑选速度最快 的处理器，而是在于选取能够完成作业的处理器和朐l 子系统。 2 、集成度：主要考虑处理器是否集成了必要的外围设备的功能。另外，也 应考虑该处理器的支持芯片，如d m a 控制器、内存管理器、中断控制器、 串行设备、时钟等。 6 北京邮电大学硕士学位论文 3 、功耗：嵌入式处理器越来越多用于便携式手持设备或消费类电子产品， 对其功耗性能要求很高，这是这类嵌入式开发要考虑的很重要一方面性 能。 一 4 、软件支持工具：嵌入式处理器是一个复杂的高技术系统，要在短时问内 开发出所有的功能是不现实的，这就要求选择的处理器最好是主流的操 作系统以及其它相关的开发工具所支持的。没有软件的支持，嵌入式处 理器的作用就不能发挥出来，就更谈不上其它的设计了。 。 5 、调试工具：处理器如果内置调试工具可以大大缩小调试周期，降低调试 的难度。 另外，对系统外围设备的支持也是需要考虑的一个方面。进行嵌入式系统开 发，在明确应用领域、需求的基础上，还应该综合考虑外围设备的需求情况，例 如总线的需求、有没有通用串行接口、是否需要u s b 总线、有没有以太网接口、 系统内部是否需要1 2 c 总线和s p i 总线、音频d a 连接的i i s 总线、外设接口、 系统是否需要a d 或d a 转换器、系统是否需要i o 控制接口等。 对于本论文研究的课题，需要一个通信处理能力较强的处理器，m o t o r o l a 公司的m p c 8 6 0 芯片特别集成了通信处理模块( c p m ) ，集处理器与通信电路于 一体，特别适用于通信与网络设备中。m p c 8 6 0 芯片最高工作频率8 0 m h z ，支 持多种存储外设，如s d r a m ，f l a s h ，s r a m 等，同时，芯片的通信处理模块支 持以太网接口、串行通用接口，这些特性符合系统的硬件设计要求。m p c 8 6 0 有 专门的b d m j t a g 调试接口。可以实现片上调试。另外很重要的一点是软件的 支持，目前版本的l i n u x 内核对p o w e r p c 体系已有很好的支持，对基于m p c 8 6 0 的板子也有标准配置，这些都可以降低开发的难度。因此，选择m p c 8 6 0 芯片 作为o b s 网络节点的嵌入式微处理器。 2 1 1m p c 8 6 0 芯片介绍 m p c 8 6 0 芯片是m o t o r o l a 公司生产的一种功能强大的p o w e r p c 通信控制芯 片，广泛应用于大型通信与实时控制系统。 p o w e r p c 体系结构是一种精简指令集计算机( r e d u c e di n s t r u c t i o ns e t c o m p u t e r , r i s c ) 体系结构，定义了2 0 0 多条指令，其大部分指令在一个单一的 周期内执行，而且通常只执行一个单一豹操作。p o w c r p c 体系结构分为三个级别， 分别为用户指令集体系结构、虚拟环境体系结构、操作系统体系结构，这三种级 别有不同的特权指令。 m p c 8 6 0 是p o w e r p c 体系的嵌入式通信控制器，其内部集成了微处理器和 一些控制领域的常用外围组件。特别适用于通信产品。器件的适应性、扩展能力 北京邮电大学硕士学位论文 和集成度也都能很好的满足通信应用。 m p c 8 6 0 处理器由三个模块组成，即p o w e r p c 内核、系统接口单元( s i u ) 及通信处理模块( c p m ) 。这三个模块均采用3 2 位内部总线。m p c 8 6 0 的主处理 器是3 2 位的p o w e r p c 内核。能够实现内存管理( m m u ) 以及指令与数据韵暂 存。m p c 8 6 0 的系统接口单元中，存储器控制单元可支持多种高性能的存储器， 包括s d r a m 和f l a s h ，还增加了p c m c 队控制器及及时时钟电路。搬，c 8 6 0 通 信处理模块( c p m ) 有4 个s c c 和2 个s m c ，这六个通信接口可以通过设置来 支持多种协议和通信方式，也可设置为串口u a r t 模式，功能和中断的定义和 通常的串口没有区别。m p c 8 6 0 的c p m 增加了1 2 c 通道和d s p 功能。 m p c 8 6 0 的特点在于它集成了嵌入的p o w e r p c 核和c p m 两个处理块，c p m 分担了嵌入式p o w e r p c 核的外围通信工作任务，其功耗也要低予传统的体系结 构的处理器。 m p c 8 6 0 的结构框图如如2 1 所示： 困2 1m p c 8 6 0 结构框图6 j m p c 8 6 0 的主要组成部分包括1 5 | 9 3 9 l 、嵌入式p o w e r p c 内核： s 北京邮电大学硕士学位论文 一3 2 位p o w e r p c 内核，3 2 个3 2 位的通用寄存器( g p 鼬) 一k 字节数据高速缓存和4 k 字节指令高速缓存，可物理寻址 。- 姗u 支持4 k 、1 6 k 、5 1 2 k 字节及8 m 字节等多种页尺寸 2 、总线： 。 一3 2 位数据总线，可动态工作于8 位、1 6 位、3 2 位模式 3 2 位地址总线，可支持4 g 字节的空闻 。 一工作频率0 8 0 m h z 3 、存储器控制单元 一可控$ 1 a 个不同的存储空问 一可与d r a m 、s d i _ 舢m 、s r a m 、e p r o m 、f l a s h 等相连而无需添加逻辑 一支持不同的存储块接口标准和不同大小的存储器空间块 4 、通用定时器 一四个通用的1 6 位定时器，可级连成两个3 2 位定时器 5 、中断管理器 一管理2 3 个中断源( 包括外部中断请求信号( i r q 0 i r q t ) ) 一中断优先级可编程 6 、通信处理模块 一 四个串行通信控制器( s c c ，s e r i a lc o m m u n i c a t i o nc o n t r o u e r ) ，两个管理 控制器( s m c ，s e r i a lm a n a g e m e n tc h a n n e l s ) ，一个串行外围接口( s p i ， s e r i a l p e r i p h e r a li n t e r f a c e ) ，一个1 2 c ( i n t e r - i n t e g r a t e dc i r c u i t ) 接口 7 、p c m c i a 接口 一支持2 个独立的p c m c i a 接口 8 、j t a g 店d m 调试接口 一支持j t a g b d m 调试接口 m p c 8 6 0 是3 3 v 电源供电，5 、l 1 y r l 兼容，1 3 w 功耗，3 5 7 脚b g a 封装， 其功能框图如图2 2 所示： 9 北京邮电大学硕士学位论文 粼一o = 再赢i h 可 哇以赢弼收发墨 槲日唪口 贼产重j 恒h d l 蚕c 峰叫r s _ 4 掰f 1 1控期口 也冒 + 叫竺 卜j 丽研 匿圃 图2 - 2m p c 8 6 0 系统的功能框图 2 1 。2 m p c 8 6 0 内部寄存器介绍 m p c 8 6 0 内部有3 2 个3 2 位的通用寄存器( g p r s ) ，寄存器设置正确与否对 调试起到至关重要的作用，下面将介绍两个调试中需要特别设置的寄存器，外围 存储设备的地址设置及工作模式设置几乎都在这两个寄存中完成： l 、b a s e r e g i s t e r s0 3 r x ) m p c 8 6 0 共有八个基地址寄存器( b r o - b r 7 ) ，用来设置与m p c 8 6 0 相连的 物理外设的基地址及地址类型，存储控制器将比较当前访问的地址与地址总线上 的值，以选中访问的物理设备。基地址寄存器也设置存储器的属性及存储操作处 理选择何种状态机。 b r x 的位定义及描述见表2 1 、表2 - 2 。 i o 壹 _i_tl+- 北京邮电大学硕士学蹙论文 表2 - 1 b a s e r e g i s t e r ( b r x ) 。甜 丑n 0j ”l j 一2 ? 3 ， 弹l 尊： 警j 。童4 ，。警i = 姆耋蟹 j 2 塑土磐j j 隧 f i e l d 聃 r e s e t0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 o 0 0 0 p a wp j y i 岫 ( i m i m r & f f f f + o x l 0 0 0 e r 0 ) 0 x o x l 0 6 ( b r i ) ，0 x 1 1 0 征；r 弛。一1 8 犯f 渤，0 x 1 2 0 ( a a 4 ) 。o f l 2 8 瀚蘸燃 ( e r 5 ) o x l 3 0 侣鳓o x l 唧7 ) 8 傩 81f 7l 话一 曲l 2 1 l2 2 2 3 2 4 l 2 5 l 2 8l 秽l 瘟l2 9i i 制j 酬b aia t l p s i p a r ej w pm s i j v r e s e t0 0 0 0o o o oo o o oo o o o 删一 r w 勰 ( i m m r & f f f 冈o - f 帆 位f b r o j ，0 x 1 0 a f b r l 。( x l l2 b r 2 ，。o x l l a 船r 3 ) 0 x 1 2 2 ( b r 4 k o x l 2 a ( b r s ) 0 x 3 2 b r 6 ) 0 x 1 3 a t b r t ) 表2 - 2 b r xf i e l dd e s c r i p t i o m 甜 8 h sn a m e o e s c r i p t i o o - 6卧b a 船锄e s sc m p a f e d 也壮16 j 幻( 1 e t e f 脯耵ar 聃釉r y t a n k m 吲l e db y t h e m e r 1 0 叫 曲d 斟嘲a c c e s 卿啄矾i n t e r n a l 钟e x t e r n a i b l sr r k l s t e r u s e d i i 3 c o n l u n c 缸o n 劬。剐 蛳 1 7 卅9a t 删l e 啪c a nb e u s e d t ol h l j t c 孽s s t o t h e m e m o r y o a n k t o a c e r t a i n 啪e 鹞s p a c e t y p e , a t 0 - 2 in o t e 抛t 幻| m l e l n a lb u s i t 唑r s ，a t 0 - 苟狮s a n 雎l 白d 仃硼仇e 叫sf o r e x t e , n a j b u s m a s 皓置a t 0 - 2 a r e n o t s 叫r i 蛔彻t h e e x t e r n a l b u s m k l i n s t e a d d e l a u l t t 0 0 b 1 0 0 u s e d m 删k 鼢哟t h eo r x a t u _ 2 0 - 2 1p s p o r ts i z es p e 删i t h e p o ds 啦o f t h e m e m o r yr e g i n t es y 矗e mr e s e t ，t h ey a l u e o f b r 0 p s l c i e p e n d s 硼b p s i n t h e 蛔r d r e s e t c o 耐啪删i o n w o r d ，d e s c d b e d m 8 e 西1 2 3 1 0 0 3 2 - t _ t p u t s i z e o l8 - b i t p o r t s 融e 1 0 t 6 - b l 刚l 汹 1 1 r e s d 僦 2 2嗍ep a t _ 竹卸a 辩eu s e d t o e n a l ，e p 都雄c h e d d n g o l l 价酷b a n k 0p a 啊c c i ( i f l g b 西s a b l e d 1p a r 时删n g i s e n a b l e d 嚣w p w r 吐e - p r o t e c l c a n b eu s e d t 0 1 e s t l i c t m 舱a c c e s s e s w i t h 翔t h e a d d r e s s f a 怕e o l a 8 r 0b o i nr e a da n dw t l e 珊s s e ga l ea j t o w e d o f 硅yr e a d 越c e s s 锄ea l l o w e dt 雕 | yc o n t m l e r d o e sn 。t 船罅n 器i a f d 丽o f i 射船 q 耐e s t o t h i s m e m o f yb a n k a t t e m p t j n g t o w r i t e t 。t h e m e m o r y b a n k u s e 9 m s t a t f f p e 川t ob e s e t t i l e 料如a o c e $ s s o t 皓柏n 盛珂b y t h e m 删y c d n t f 口轴t ：i j 。粥嘴i t b t e r m i n a t c l 珥a r 百l l 8 鲒e f l i o n f r o r r t h e b u s m d 嘀啊h t h e b u s m 饼曦。| i s e n a b t e d 2 铋鹏 m a c h i n e s e 衄s e 佃c t s f i l e m a c i n r m 妇f , a n d 啪m e m o r y o p e m t i o n s 0 0 g p c m 0 1r e s e r v e d ， 一 1 0 u p m a ， 1 1u p 啪 2 昏r e s e w e d s h o u l d b e d e a l e d 3 1v、f a 删i n d c a t e s i h a t t h e c o n t e n t s o f t h e b r x a n d o r x 叫ev 毗t h er e s e t v a d , u e o f b r o w d e p e n d s o n t h e b d i s 味州e i n t h a r dr e s e t 椰t g t l o f l w o r d d e s c r i b e d i n s e c t i o n l 23 11 0 t h 括b a f 暾俘矾删a n a 垃簖擎t t o & 瞄e s s t h 诂嘲幻n c a nc a l l 翕9 a b u sr r o l t t o 街硼j o t 虐 11 l 妇b a n k 喀v a i dt h e 写翻副d o e s n o t 期n u 删v b s e t 表2 1 中，a d d r 一栏为b r x 在内存中的地址，这里，i m m r 地址为 0 x f f f 0 0 0 0 0 ，则b r 0 的地址为0 x f f f 0 0 1 0 0 ，b r l 的地址为0 x f f f 0 0 1 0 8 ，依此类 北京邮电大学硕士学位论文 推，每个寄存器3 2 位，占4 个字节。 表2 之中，b r 的0 - 1 6 位设置设备的基地址，由于m i i s i o o 伺3 2 位地班蕴， 而在b r 中只设置了基地址的0 - 1 6 位，所以存储控制器工作时只比较a 【o 一1 6 】 ( m p c 8 6 0 的a 0 为地址最高位) 。p s 位段设置工作模式为3 2 - b i t ，8 - b i t 或者1 6 b i t 。 m s 位段设置片选机制，g p c m 为通用片选机制，u p m 为用户可编程模式。； 2 、o p t i o nr e g i s t e r s ( o r x ) o r x 和b r x 相对应，共有八个寄存器，用来设置地址及地址类型的掩码， 也包括g p c m 的参数设置。一 o r x 的位定义及描述见表2 3 、表2 4 。 袁2 - 3 o p t i o nr e g i s t e r ( o r x ) ” 髓廿 4j2 毒 4 5j ”鑫 7 l 8i 9i 蜷 。1 t 1 2 1 a 二1 41 基4 f , 鼬c l m e e s a t t 日n 强鹄姗 只，wr ，w a 噍奸 ( i m m r 占萍f 冈o ) + 0 x 1 0 4 ( o f l o ) o x l 0 0 ( o r l ) o i c1 4f 0 r 2 ) 10 x l l c ( o r a ) ，诹1 2 , 4 ( o r 4 ，0 x t 2 c ( 。r 5 ) 0 x 1 3 4 ( o r 6 ) ) ) ( 1 3 0 ( o 鲫 8 n 51 7俘2 1f2 2 2 3 , 2 4 j 2 5 2 8j , 2 7 2 82 9 3 d 3 ， 再e da 删c s n t c o a ma c s g f l ag 5 1 98 l hs c ys e t a t a l xe h t r r e g a t0 0 0 00 0 0 0 _ 0 0 0 00 t m o r