（通信与信息系统专业论文）基于mpc8260的嵌入式网络通信平台的研究.pdf

摘要 随着通信行业的不断发展，人们对通信设各的性能要求也越来越高。目前， 我国电信和网络运营商使用的大型通信设备多为国外产品，这些产品不但技术垄 断，而且价格偏高。国内对于大型通信设备的研究起步较晚，技术落后，并且在 我校还是个空白。为了提升电信学院的学科建设，赶上世界先进水平，我们针对 c d m a 移动通信系统和计算机网络通信系统傲一些基础性工作，研制基于 m p c 8 2 6 0 的嵌入式通信平台，同时也为我校今后承接大型通信设备的科研项目 做好准备。 本论文针对嵌入式通信平台的功能和特点，提出了一种基于m p c 8 2 6 0 通信 控制器的解决方案。m p c 8 2 6 0 是摩托罗拉公司p o w e r p c 系列的3 2 位通信控制 器，它资源丰富。功能强大，性价比高，非常适合应用于大型通信设备，因此我 们选用它作为整个系统的控制核心。另一方面，本方案提供了多个通信接口，包 括快速以太网接口、a t m 接口和r s 2 3 2 接口，增强了该平台的广泛的通信适用 性，可为多种通信协议和算法提供实验平台。 论文的第一章讲述了m p c 8 2 6 0 嵌入式通信平台的功能特点和总体结构；第 二章概括介绍了研制m p c 8 2 6 0 嵌入式通信平台的软件与硬件环境；第三章详细 介绍了系统的硬件设计方案；第四章介绍了硬件设计的实现，即高速p c b 布线； 第五章介绍了部分系统软件的设计。最后介绍作者在本课题中己做的工作和本系 统的可扩展性。 关键词：嵌入式系统、m p c 8 2 6 0 通信处理模块( c p m ) a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nf i e l d ，p e o p l en e e dm o r ep o w e r f u l c o m m u n i c a t i o n d e v i c e s n o w a d a y s ， m o s to fc o m m u n i c a t i o nd e v i c e so u r t e l e c o m m u n i c a t i o na n dn e t w o r k sc o m p a n i e sr i s ea r em a d eb yf o r e i g nm a n u f a c t u r e s t h e s ed e v i c e sa r ev e r ye x p e n s i v ea n dt h et e c h n o l o g yi sm o n o p o l i z e d h o w e v e r , w e a r el a t ei nt h i sf i e l di no u rc o u n t r ya n do u ru n i v e r s i t y i no r d e rt oe n h a n c eo u rs u b j e c t c o n s t r u c t i o na n dc a t c hu pw i t ha d v a n c e di n t e r n a t i o n a lt e c h n o l o g y , w eb e g i nw i t h r e s e a r c h i n gt h ee m b e d d e dc o m m u n i c a t i o np l a t f o r mb a s e do nm p c 8 2 6 0 ，w h i c hi s g o o d f o ru st ou n d e r t a k e p r o j e c t a c c o r d i n g t ot h ef u n c t i o n sa n df e a t u r e so fe m b e d d e dc o m m u n i c a t i o np l a t f o r m ， w eh a v ed e v e l o p e das o l u t i o nb a s e do i lm p c 8 2 6 0 m p c 8 2 6 0i so n eo ft h e3 2 一b i t c o m m u n i c a t i o np r o c e s s o r so fm o t o r o l ap o w e r p cs e r i e s ，w h i c hi s p o w e r f u l a n d f l e x i b l e i th a sb e e nw i d e l yu s e di nc o m m u n i c a t i o nf i e l d s ，a n dw ec h o o s ei tt oc o n t r o l t h e p l a t f o r m a n o t h e r f e a t u r eo fo u rs o l u t i o ni st h e p l a t f o r ms u p p l i e sm a n y c o m m u n i c a t i o np o r t s ，s u c ha sf a s te t h e r n e t p o r t ，a t mp o r ta n dr s 2 3 2p o r t ， w h i c ha l ew i d e l yu s e di nt h ee x p e r i m e n t so f c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l sa n da r i t h m e t i c t h ef i r s tc h a p t e ro ft h i sp a p e ri n t r o d u c e sb a s i c a l l yt h ef u n c t i o n sa n df e a t u r e so f t h ee m b e d d e dc o m m u n i c a t i o np l a t f o r m ；t h es e c o n dc h a p t e ri n t r o d u c e ss o f t w a r ea n d h a r d w a r ee n v i r o n m e n t st od e v e l o pt h ep l a t f o r m ；t h et h i r dc h a p t e rd e s c r i b e si nd e t m l s t h ed e s i g nh a r d w a r e ；t h ef o r t hc h a p t e re x p l a i n sh o wt or e a l i z et h ep c b ；a n dt h ef i f t h c h a r ti n t r o d u c e sh o wt op r o g r a m t h el a s tp a r ti n t r o d u c e sw h a tt h ea u t h o rh a sd o n e a n dt h ee x p a n s i b i l i t yo ft h i ss y s t e m k e y w o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ，m p c 8 2 6 0 ，c o m m u n i c a t i o n p r o c e s sm o d u l e ( c p m ) 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得基洼盘茎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。 学位论文作者签名 签字日期：工t 群年工月，毋曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁洼盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫洼盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期：二一4 年j 月8 日签字日期： 护牟年工月罗日 第一章绪论 1 1 概述 第一章绪论 在信息全球化的今天，网络的发展日新月异，人们对网络设备( 如路由器等) 的要求越来越高。目前，我国的网络设备市场多被国外产品占据，其价格居高不 下。同时，我校对于网络设备的研究还是一个空白。为了提升电信学院的学科建 设，赶上世界先进水平，掌握先进技术，研究具有自主知识产权的产品，我们以 m o t o r o l a 公司的m p c 8 2 6 0 通信微控制器为核心，研制出基于m p c 8 2 6 0 的嵌入 式网络通信平台。该网络通信平台是一种开发工具，包括e h t e 心姬t 、a t m 和 r s 2 3 2 等多种网络接口，主要用于开发路由器，以太网交换机等网络设备。同时， 在该平台上还可以进行t c p i p 等网络协议的实验。 我们研制的网络平台具有如下特点： 1 选用m o t o r o l ap o w e r p c 系列的m p c 8 2 6 0 通信微控制器作为系统的核心 c p u ，工作频率在1 0 0 m h z 3 0 0 m h z ，外部总线频率在6 6 m h z 。 2 支持s d r a m d i m m ( 内存条) 、f l a s h r o m ( 闪存储器) 和l 2 c a c h e ( 片 外二级高速缓存) 等多种存储器，提高了并行处理数据的能力。 3 提供包括r s 2 3 2 、1 0 1 0 0 b a s e t 以太网和1 5 5 ，5 2 m b p s a t m 等多种通信 接口，可以和外界快速稳定地交换数据。 4 提供扩展接口用于外接其它板卡，为进一步开发做准备。 5 提供c o p j t a g 接口用于在线仿真调试。 6 通过拨码开关控制m p c 8 2 6 0 的工作频率，支持多种不同频率的 m p c 8 2 6 0 ( 该处理器类似奔腾处理器，不同的工作频率，器件不同) 。 7 通过不同颜色的发光二极管来指示工作状态，如电源是否接通，通信接 口使能。晰况、通信所处收发状态等。 8 通过跳线控制启动方式( 本系统可通过f l a s hr o m 和c p l d 两种方式启 动) 。 第一章绪论 1 2 基于m p c 8 2 6 0 的嵌入式通信平台简介 图1 。l 基于m p c 8 2 6 0 的嵌入式通信平台系统框图 我们选择m p c 8 2 6 0 作为嵌入式通信平台的控制核心，整个系统类似于奔腾 机的主板。如图1 1 所示，该系统上电后，外部复位电路释放复位信号，m p c 8 2 6 0 开始上电复位，从固化在f l a s hr o m 或c p l d 中的软件读取上电配置字，完成 时钟的设定和系统的初始化。然后，m p c 8 2 6 0 调用固化在f l a s hr o m 中的操作 系统，利用操作系统对整个平台进行控制。 1 电源 本系统的供电为5 v 、3 3 v 和2 5 v 。5 v 的直流电源输入经过d c d c 器件转 换成3 3 v 和2 5 v ，其中3 3 v 为系统中各存储器、缓冲器等低压器件和m p c 8 2 6 0 的输入输出提供电压：2 5 v 为m p c 8 2 6 0 的嵌入式p o w e r p c 内核( m p c 8 2 6 0 为 双核c p u ，包括嵌入式p o w e r p c 内核和通信处理器c p 内核，见2 1 3 节) 提供 电压。 2 时钟 本系统采用6 6 z 的时钟晶振。经过零延时缓冲器分成8 路信号，分别为 m p c 8 2 6 0 、局部总线s d r a m 、6 0 x 总线s d r a md i m m ( m p c 8 2 6 0 是双总线 结构，包括局部总线和6 0 x 总线，详见3 4 1 节。s r r a md i m m 是内存条) 、 l 2 c a c h e 、c p l d 和扩展接口提供时钟。 3 复位 2 第一章绪论 本系统采用外部复位控制方式，即通过外部芯片来实现整个系统的上电复 位，当供电电平达到个门限电平时，外部芯片释放复位信号，系统中各个芯片 同时开始工作。 4存储器 本系统所使用的存储器为s d r a m 、f l a s h r o m 和l 2 c a c h e ( 片外二级高速 缓存) 。其中，s d r a m 包括1 6 m b 局部总线s d r a m 和6 4 m b 的6 0 x 总线s d r a m d i m m ( 内存条) 用于暂时存储数据和系统调用的程序。f l a s hr o m 为8 m b ， 用于长期存储各种系统程序和应用程序。l 2c a c h e 为2 5 6 k b ，用于加快程序运 行速度，提高系统并行处理能力。 5 缓冲器 为了协调快速器件与慢速器件，达到系统同步或协调信号电平( 5 v 和33 v 信号转换) ，系统提供了多种缓冲器，包括双向的数据缓冲器a l v t l 6 2 4 5 和 l v c l 6 2 4 5 ，单向的地址锁存器a i v n 6 3 7 3 和【，v c l 6 2 4 4 ，以及一些总线驱动器 如l v c l 2 5 ，a c t 5 4 1 。其中a l v t 系列缓冲器速度要快于l v c 系列缓冲器，主 要用于接入f l a s hr o m 的地址和数据及a t m 的数据。l v c 主要用于增强对扩展 接口的驱动能力，它们都是3 3 v 供电。a c t 是5 v 供电，用于驱动发光二极管。 6 通信接口 本系统包括2 个r s 2 3 2 接口、1 个1 0 1 0 0 b a s e t 快速以太网接口和1 个 1 5 5 5 2 m b p s 的a t m 光纤接口。其中以太网和a t m 收发芯片能产生中断信号， 当m p c 8 2 6 0 检测到来自以上两个接口的中断请求后，通过操作系统调用中断服 务程序，实现与外界的通信。r s 2 3 2 接口主要用于实现与p c 机的通信。 7扩展接口 本系统提供2 个扩展接口，其中一个将数据和地址等系统信号扩展出来，另 一个将通信处理模块c p m 中通信用的通用i o 信号扩展出来，用于外接其它板 卡，为进一步开发做准备。 8j t a g 接口( 图1 1 中未标出) 为了最初进行在线仿真与调试，系统提供了j t a g 接口，该接口符合 i e e e l l 4 9l 标准( 标准测试接口端口和边界扫描结构) 。 9 控制逻辑 本系统的控制逻辑包括两部分：是板控制状态逻辑，主要控制板上通信接 口的使能、上电复位和工作模式的选择。二是地址译码，主要用于实现对6 0 x 总线s d r a md i m m ( 内存条) 的地址译码。 第一章绪论 1 3 本课题的主要任务 本课题的任务是研制一款多功能嵌入式通信平台系统。根据嵌入式系统的要 求和功能需求，合理划分硬件和软件的功能。设计硬件电路，选择合适的元器件， 制作印刷电路板并调试通过，编写相应的软件。在该平台上，今后可以做大量的 通信研究工作，包括通信协议，算法的实现和硬件设备的研制等。 4 第二章开发嵌入式通信平台的软件和硬件环境 第二章开发嵌入式通信平台的软件与硬件环境 2 1p o w e r p cm p c 8 2 6 0 通信处理器 在开发嵌入式系统时，c p u 的选型是十分重要的。目前市场上的嵌入式处 理器很多，包括x 8 6 系列、a r m 系列、p o w e r p c 系列等等。a r m 和p 0 w e i 心c 系列广泛用于网络通信中，其中a r m 多用于低端产品，如口电话机、家用网 络控制设备等；p o w e r p c 主要用于高端产品，如交换机、路由器和基站等。比较 a r m ，p o w e r p c 具有更丰富的资源、更强大的处理能力，更高的性价比。因此， 我们选用p o w e r p c 处理器作为通信平台的核心c p u 。 2 1 1p o w e r p c 系列处理器的概述 p o w e r p c 是由a p p l e 公司、m m 公司和m o t o r o l a 公司组成的联盟( 简称为 a i m ) 共同设计的，属于r i s c 体系结构。自从1 9 9 2 年1 0 月推出第一个p o w e r p c 6 0 l 产品以来，到1 9 9 5 年己形成了一个完整的处理器产品系列，应用领域涉及 便携机、工控机、p c 机、工作站、服务器以及多处理器并行体系。p o w e r p c 微 处理器的性能与同期的p e n t i u m 芯片相当，但价格便宜。 2 1 2m p c 8 2 6 0 通信处理器特征 m o t o r o l a 公司的m p c 8 2 6 0 是目前国际上最先进的集成通信微控制器。它基 于高速嵌入式p o w e r p c 内核，以精简指令集r i s c 的体系结构为基础，集成 3 2 位微处理器和多种外设接口，具有强大的通信和网络协议处理能力，可广泛 应用于各种高端通信和网络产品，如远程集线器，局域网路由器，信元基础设备， t 1 e 1 到t 3 e 3 桥接器，x d s l 系统等。 以下是m p c 8 2 6 0 通信处理器的重要特征： 嵌入式e c 6 0 3 e 内核( 嵌入式p o w e r p c 微处理器) ，运行频率为 10 0 2 0 0 m h z 。 审1 4 0 0 m i p s 1 0 0 i v l h z ( d h r y s t o n e 21 ) 第二章开发嵌入式通信平台的软件和硬件环境 夺2 8 0 0m i p s 2 0 0 m h z ( d h r y s t o n e 2 1 ) 夺功能强大的体系结构 夺c p u 非活动模式 夺支持摩托罗拉外部l 2c a c h e 芯片( m p c 2 6 0 5 ) 夺改良的低功耗内核 夺1 6 k 字节数据和1 6 k 字节指令缓存 夺存储管理单元 夺无浮点单元 夺通用片内处理器( c o p ) 双总线结构：一个6 4 位6 0 x 总线和一个3 2 位局部总线。 系统接口单元s i l l 。 夺存储器控制器，包括两个专用的s d r a m 机制 审硬件总线监视器和软件看门狗计时器 夺i e e e l l 4 9 1j t a g 在线调试接口等 高性能通信处理模块( c p m ) ，运行频率高达t 3 3 或1 6 6 m h z 。 夺p o w e r p c 和c p m 可以工作在不同频率 支持串行比特率达7 1 0 m b p s 1 3 3 m h z 呤并行i ，o 寄存器 夺片内2 4 k 字节双口r a m 夺两个多通道控制器( m c c ) ，每一个支持1 2 8 条全双工的6 4 k b p s h d l c 线 夺虚拟d m a 功能 两个u t o p i a 二级主从端口，均支持多p h y ，其中一个可以为8 1 6 位 的数据。 三个m i i 接口。 8 个t d m 接口( t 1 e 1 ) ，两个t d m 口可阻无缝连接到t 3 e 3 。 内部电压2 5 v ，i o 电平为3 3 v 。 1 3 3 m h z 功耗为2 5 w 。 4 8 0 脚t b g a 封装( 3 7 5 m m 3 7 5 r a m ) 。 2 1 3m p c 8 2 6 0 通信处理器内都结构 如图2 - 1 所示，m p c 8 2 6 0 内部由三部分组成：中央处理器( 即c p u ) 、系统 接口单元( s i u ) 、通信处理模块( c p m ) 。其中，c p u 包括e c 6 0 3 e p o w e r p c 内 6 第二章开发嵌入式通信平台的软件和硬件环境 核、1 6 k 字节的指令c a c h e 和指令管理单元、1 6 k 字节的数据c a c h e 和数据管理 单元，处理能力在1 0 0 m h z 下达到1 4 0 m i p s ，在2 0 0 m h z 下达到2 8 0 m i p s 。s i u 包括6 0 x 局部总线桥、存储器控制器和其他系统功能。c p m 由r i s c 通信处理 器( c p ) ，s d m a 通道和4 个虚拟i d m a 通道，3 个快速串行通信控制器( f c c ) ， 2 个多通道控制器( m c c ) ，4 个串行通信控制器( s c c ) ，2 个串行管理控制器 ( s m c ) ，1 个串行外围接口( s p i ) 和1 个1 2 c 接口等组成。因此，m p c 8 2 6 0 能灵活支持以太网、r s 2 3 2 、a t m 等接口。此外，m p c 8 2 6 0 通过j t a g 接口支 持在线仿真调试功能。 图2 1m p c 8 2 6 0 体系结构 2 1 4m p c 8 2 6 0 内部数据流 m p c 8 2 6 0 通过6 0 x 总线和局部总线完成和外界的数据交换，其内部的数据 交换过程如图2 。2 ，含义见表2 - 1 。 7 第二章开发嵌入式通信平台的软件和硬件环境 图2 - 2m p c 8 2 6 0 数据流 表2 - 1 数据流 数据路径描述 1 至26 0 3 e 内核到6 0 x 总线用于装载，存储，提取数据( 例如内存条， c a c h e 除外) 。m m u ( 存储器管理单元) 不处理地址。 1 至36 0 3 e 内核到内部存储空间用于接入寄存器和双端口r a m 。m m u 不处理地址。数据不需存入c a c h e 。 4 至2通信设备到6 0 x 总线用于数据发送器和缓冲器描述符接入。发 送器是可突发模式的。m m u 不处理地址。数据不需存入c a c h e 。 4 至3通信设备到内部存储空间用于数据发送器和缓冲器描述符接入。 发送器是可突发模式的。m m u 不处理地址。数据不需存入c a c h e 。 1 至56 0 3 e 内核到局部总线桥用于装载，存储数据( 例如内存条，c a c h e 除外) 。m m u 不处理地址。 4 至5通信设备到局部总线桥用于数据发送器和缓冲器描述符接入。发 送器是可突发模式的。m m u 不处理地址。数据不需存入c a c h e 。 m m u 存储器管理单元，处理器内核的m m u 能为指令和数据提供高达4 p 字节( 2 5 2 字节) 的虚地址和4 g 字节( 2 3 2 字节) 的物理地址空间的接入。 2 1 5m p c 8 2 6 0 的信号说明 效) m p c 8 2 6 0 的信号除电源和地外，分为以下几类( 本论文中+ 号表示低电平有 第二章开发嵌入式通信平台的软件和硬件环境 p o l l a p a 0 31 1 p o f t b p b 4 31 p o r t c p c i 0 - 31 p o l td p d 4 - 31 m p c 8 2 6 0 6 0 xa d d r e s s 0 3l 】b u s 6 0 xd a t a o 一6 3 b u s l o c a ia d d r e s s 1 4 31 】b u s l o c a ld a t a 0 - 31 b u s m e m o l - jc o m r o l b u sc o i l i l o l i n t e m i p t s r e s e t c l o c k j t a g 图2 3m p c 8 2 6 0 信号图 1 6 0 x 地址总线带有4 位奇偶校验的3 2 位地址总线。 2 6 0 x 数据总线带有8 位奇偶校验的6 4 位数据总线。 3 局部地址总线1 8 位地址总线。 4 局部数据总线带有4 位奇偶校验的3 2 位数据总线。 5 存储器控制存取器控制器的存储器接口引脚。 6 总线控制总线外部主设备、附加存储器和外设设备接口引脚。 7 中断8 个外部中断引脚。 8 复位复位信号。 9 时钟外部时钟源输入。 1 0 j t a e 一标准的j t a g 引脚。 1 1 端口a 、b 、c 和d 一通用i o 和通用设备引脚。 2 2b d l 2 0 0 0 仿真器 在嵌入式系统的开发过程中，仿真器也是不可缺少的设各，它可以跟踪和查 9 第二章开发嵌入式通信平台的软件和硬件环境 看处理器内部的寄存器空间，可以在线读写f l a s h 存储器，可以查看存储器中的 内容，下载程序等等，加快了开发的速度。仿真器多由第三方生产，价格不等， 好的仿真器在1 0 万元以上。本项目我们选用性价比较好的a b t r o n 公司的 b d l 2 0 0 0 仿真器( 见图2 - 4 ) ，其特征如下： b d m 支持c p u l 6 3 2 3 2 + 、p o w e r p c 5 x x 8 x x ，c o l d f i r e 系列嵌入式处理 器。 j t a g 支持删、m c o r e 、p o w e r p c 4 x r d 6 x x 7 x x 7 4 x x 8 2 x x ，x s c a l e 、 m i p s 3 2 、t r i c o r e 系列嵌入式处理器。 经过r s 2 3 2 和以太网接口与主机通信。 程序下载速度达到3 2 0 k b s 。 与目标机通信速度达到1 6 m b i t s 。 支持1 8 - 5 v 的目标系统电压。 板上f l a s h 存储器在线编程。 容易连接目标系统。 强大的抗电磁干扰优化设计。 图2 - 4b d l 2 0 0 0 仿真器 通过在b d l 2 0 0 0 上加载不同的固件( f o r m w a r e ) 可实现对不同嵌入式处理 器和调试器的支持，本项目使用的是加载固件后支持m p c 8 2 x x 处理器和l i n u x g d b 调试器的b d l g c bm p c 6 x x 7 x x 8 2 x x 。 第二章开发嵌入式通信平台的软件和硬件环境 2 3 嵌入式l i n u x 目前流行的嵌入式操作系统很多，如w i n d o w s c e 、o s 9 、v x w o r k s 和嵌入 式l i n u x 。其中，嵌入式l i n u x 功能强大、稳定，而且公开源代码，更适合于实 验室使用，因此我们选用嵌入式l i n u x 操作系统。下面对其进行简要介绍。 2 3 1 嵌入式l i n u x 的概述 l i n u x 操作系统源于芬兰一位大学生l i n u st o r v a l d s 的课余作品，随着 i n t e r n e t 的发展，l i n u x 操作系统在全球计算机爱好者的关怀下，不断的发展和成 长，己成为当前最流行的免费操作系统，任何人都可以自由的使用l i n u x 源程序。 l i n u x 操作系统具有以下几个大特征： 符合国际通用标准； 强大的兼容性； 先进的网络特征； 拥有真正的多用户、多任务能力； 具有动态链接能力： 系统性能十分稳定； 具有灵活的可移植性。 基于这些优点，l i n u x 得到了大家的喜爱。特别是i n t e m e t 的快速发展，各 种智能信息产品层出不穷，机顶盒、数字电视等信息家电和个人p d a 、3 g 手机、 网络设备等产品都蕴含着巨大的商机。这些数字产品的核心是控制软件，l i n u x 以其独有的特性广泛应用于嵌入式系统，于是嵌入式l i n u x 诞生了! 目前，正在 开发的嵌入式系统中，4 9 的项目选择l i n u x 作为嵌入式操作系统。l i n u x 之所 以能在嵌入式系统市场上取得如此快的发展，与它自身的优良特性有着不可分割 的关系： 1 、开发源码，丰富的软件资源 l i n u x 遵循g p l ( g n u 通用许可证) ，用法律保障了用户免费获得内核源代 码的权利。由于嵌入式系统千差万别往往需要针对某一具体应用去修改和优化 系统，这样，能否获得源代码就至关重要。 l i n u x 是自由的操作系统，它的开放源代码使用户获得了最大的自由度。 l i n u x 上的软件资源十分丰富，每一种通用程序在l i n u x 上都可以找到，并且每 天都在增加。在l i n u x 上往往不需要从头做起，而是先选择一个类似的自由软件， 进行二次开发。这就大大节省了开发工作量，缩短了开发时间。 第二章开发嵌入式通信平台的软件和硬件环境 2 、功能强大的内核，性能高效、稳定、多任务 l i n t l x 的内核非常稳定。他的高效和稳定性已经在各个领域，尤其在网络服 务器领域得到了事实的验证，而且l i n u x 内核小巧灵活，易于裁剪。这使l i n u x 能很适合嵌入式系统的应用。 3 、支持多种体系结构 l i n u x 能支持x 8 6 、a r m 、m i p s 、p o w e r p c 、a l p h a 、s p a r c 等多种体 系结构。目前，l i n u x 已被移植到数十种硬件平台上，几乎所有流行的c p u ，l i m l x 都支持。 4 、完善的网络通信、图形和文件管理机制 l i n t l x 自产生之日起就与网络密不可分，网络是l i n u x 的强项。另外，它支 持e x t 2 、f a t l 6 、f a t 3 2 、r o m f s 等多种文件操作系统。在图形系统方面，l i n u x 上 既有成熟的xw i n d o w ，也有e m b e d e dq t 、m i n i g u i 等嵌入式图形用户界面g u i ， 还有s v g a l i b 、f r a m e b u f f e r 等优秀工具，可以适合不同的用途。 5 、支持大量的周边硬件设备，驱动丰富 l i n u x 上的驱动已经非常丰富了，支持各种主流硬件设备和最新硬件技术， 而且随着l i n u x 的广泛应用，许多芯片厂家也已经开始提供l i n u x 上的驱动。这 一步促进了l i n u x 各种硬件平台上的应用。 6 、大小功能都可定制 l i n u x 继承了u n i x 的优秀设计思想，内核与用户界面是完全独立的。他非 常灵活，各部分的可定制性都很强，能适合多种需求。 2 3 2 嵌入式l i n u x 的c 语言编程 在嵌入式系统的设计中，c ( 包括c + + ) 语言是应用最多的一种高级语言。 c 语言与硬件无关，并不包括输入输出语句，但是c 语言需要通过输入输出语句 与硬件打交道，而只有输入输出语句中最底层的几个函数与硬件设计有关。换而 言之，只要程序设计人员提供给c 编译器最基本的几个i o 函数，在程序设计中 就没有什么问题了。由于嵌入式系统存储器的原因不可能带很大的函数库，所以 类似于s e a n f ( ) 、p r i n t f ( ) 等辅助函数就显得十分重要。 c 语言在嵌入式系统中编写应用程序至少有以下一些好处： 1 ) 系统可以在其它计算机上仿真； 2 ) 应用程序有较好的可移植性； 3 ) 便于程序的调试； 4 1c 语言库函数丰富。 第二章开发嵌入式通信平台的软件和硬件环境 l i n u x 下c 语言采用g n uc 编译器( 即g c c ) ，它是一个全功能的a n s i c 兼容的编译器。g c c 是基于命令行的，使用时通常后跟一些选项和文件名。 l i n u x 包含了一个叫g d b 的g n u 调试器。g d b 是一个用来调试c 和c + 十 程序的强有力的调试器。在程序运行时，它能使用户能观察程序的内部结构和内 存的使用情况。以下是g d b 所提供的一些功能： 使用户能监视程序中变量的值； 使用户能设置断点以使程序在指定的代码行上停止执行： 使用户能逐行执行代码。 g c c 和o d b 结合起来使用，方便了嵌入式l i n u x 下c 程序的编写与调试， 加快了软件的开发进程。 第三章基于m p c 8 2 6 0 的嵌入式通信平台硬件设计 第三章基于m p c 8 2 6 0 的嵌入式通信平台硬件设计 在绪论中已经简要的介绍了基于m p c 8 2 6 0 的嵌入式通信平台系统的硬件结 构框图，下面将详细介绍各个部分的具体实现及其工作原理。 3 1 电源部分 图3 1 电源框图 电源是系统的心脏，个良好的电源对于系统的正常工作至关露要。如图 3 1 所示，本系统采用3 种电源总线：v c c ( 5 v ) 总线，v 3 3 ( 3 3 v ) 总线和v d d l ( 2 5 v ) 总线。其中v c c ( 5 v ) 为以太网和a t m 接口芯片的电源电压；v 33 ( 3 3 v ) 为系统中备存储器、缓冲器等低压器件的电源电压，同时也为m p c 8 2 6 0 提供i o 电压；v d d l ( 2 5 v ) 为m p c 8 2 6 0 内核的电源电压。 外部5 v 直流电源经过d c d c 变换器件l t l 5 8 5 a c t 3 3 变为3 3 v 。l i n e a r 公司生产的l t l 5 8 5 a c t 3 _ 3 芯片能提供稳定的3 3 q 电平，最大供电电流为4 6 a ， 足以为此板供电。如图3 2 所示，另一个2 5 v 电平由5 v 电源通过l m 3 1 7 变换 而成，它的供电电流为1 5 a 。l m 3 1 7 是可调节的电压转换器件，通过调整a d j 引脚连接的电阻r 1 2 2 和r 1 2 5 的值可将5 v 电平转化为稳定的2 5 v ，通过变换 第三章基于m p c 8 2 6 0 的嵌入式通信平台硬件设计 r 9 9 的值可实现对2 5 v 的微调。d 1 为钳位二极管，钳位电压为5 v 。d 9 和d 1 0 为保护二级管，防止5 v 掉电时对l m 3 1 7 造成损伤。d 1 2 为发光二极管，用来 指示25 v 电平。c 5 3 和c 5 4 为旁路电容，有助于降低输出电源的纹波。25 v 为 m p c 8 2 6 0 的核和锁相环供电，v c c s y n 是主锁相环p l l 的供电引脚，v c c s y n l 是核锁相环p l l 的供电引脚，关于主p l l 和核p l l 的说明详见3 3 时钟部分。 r 1 2 1 和c 5 l 、c 5 2 ，r 1 2 4 和c 5 5 、c 5 6 、c 5 7 分别组成滤波电路。电容c 5 2 、 c 5 7 必须放在c p u 附近。 一 d 9 3 2 时钟部分 图3 - 22 5 v 电源原理图 - i c 8 2 6 。 - i l z c a c “e 旧激卜 零延时 - | 局部总线s d r a m i 时钟源广叶 缓冲器 il c y 2 3 0 8 s c 1 - i6 。x 总线s d 蝴 一控制逻辑c p l 。 图3 - 3 系统的时钟设计图 如图3 3 所示，6 6 m h z 的晶振作为时钟源，通过1 个零延时缓冲器分别为 第三章基于m p c 9 2 6 0 的嵌入式通信平台硬件设计 m p c 8 2 6 0 、s d r a m 和逻辑芯片提供时钟。零延时的缓冲器采用c p r e s s 公司的 c y 2 3 0 8 s c 1 ，该器件具有零延时，低畸变的特点( 输入一输出延时小于3 5 0 p s ， 输出一输出延时小于2 0 0 p s ) ，能将一路时钟信号完好的分成八路信号输出，片 内的锁相环可以锁住输入的6 6 m h z 时钟源，其反馈连接到任何一路输出，以保 证每路有稳定的输出。 下面详细介绍一下m p c 8 2 6 0 的时钟： 不同型号的m p c 8 2 6 0 具有不同的时钟频率，我们选用的是h i p 3 系列的c 2 版本的x p c 8 2 6 0 c z u i m c ，它的6 0 3 e 内核的时钟频率为2 0 0 m h z ，通信处理模 块c p m 为1 6 6 m h z ，外部总线为6 6 m h z 。 m p c 8 2 6 0 包括两个内部锁相环p l l 核p l l 和主p l l 。核p l l 为6 0 3 e 内核提供时钟。主p l l 为其他片内时钟和片内6 0 x 总线提供时钟。6 6 m h z 时钟 连接到m p c 8 2 6 0 的c l o c k i n 引脚，为片内6 0 x 总线和局部总线提供时钟，并 经主p l e 倍频成为c p m 的工作频率，经核p l l 倍频成为核的工作频率。 上电复位时，m p c 8 2 6 0 采样专用的3 位m o d c k 1 3 】和4 位m o d c kh ( 该 4 位在硬复位结构字的最后一个字的低4 位，上电复位时m p c 8 2 6 0 通过采样这 些7 位信号来决定其时钟频率) ，根据他们的不同值来配置时钟。本系统提供一 个8 位拨码开关，通过将m o d c kh m o d c k 1 3 1 配置成0 1 1 01 0 1 实现我们所 需的核和c p m 的频率。 另外，为了使时钟稳定，要在m p c 8 2 6 0 的x f c 引脚和v c c s y n 引脚之间 并联滤波电容，电容值的大小由倍频因子m f 决定。根据表3 1 ，本系统所用的 m p c 8 2 6 0 倍频因子m f 为5 ，再根据公式：c m i n = m f 7 5 0 9 0p f 和c m “= m f 8 4 0 9 0o f ，算得选用的滤波电容值在3 6 6 0 p f 和4 1 1 0 p f 之间。 表3 1 倍频因子m f c p m 时钟频率c l o c k i n 输入时钟频率倍频因子m f 22 255 33 3 5 7 44 55 66 6 第三章基于m p c 8 2 6 0 的嵌入式通信平台硬件设计 3 3 复位部分 复位是系统启动时的重要环节，本节主要介绍上电复位电路、复位源和复位 动作。 3 3 1 上电复位电路 3 3 v t o 图3 - 4 复位电路图 m p c 8 2 6 0 必须通过外部电路来实现复位。如图3 4 所示，我们选用的复位 芯片为m a x i m 公司的m a x 7 0 4 ，3 3 v 供电，门限电平为3 0 7 5 v ，输出p o r s t * 连接到m p c 8 2 6 0 的p o r e s e t 引脚。在供电电平未达到门限值或开关s w 4 处 于连接状态时，输出信号p o r s t * 处于低电平，m p c 8 2 6 0 不工作。当供电电平 超过门限值或s w 4 断开2 0 0 m s 后，p o r s t * 输出高电平，系统开始上电复位。 这样可以使整个系统的各个器件同时进入工作状本。 3 3 2 复位源 如表3 - 2 所示，m p c 8 2 6 0 有七种复位源：上电复位、外部硬复位、软复位、 软件看门狗复位、总线监视控制器复位、检查停复位和j t a g 复位。 第三章基于m p c 8 2 6 0 的嵌入式通信平台硬件殴计 表3 2 复位源 复位源描述 上电复位( p o r e s e t * )输入引脚。低电平时产生上电复位流，复位所有芯 片，设置包括时钟模式在内的各种属性。 硬复位( h r e s e t * )双向“o 引脚，m p c 8 2 6 0 可以主动下拉该引脚为低 电平产生内部硬复位，也可以通过侦测外部低电平 输入来产生外部应复位。 软复位( s r e s e t * )双向i o 引脚，m p c 8 2 6 0 可以主动下拉该引脚为低 电平产生内部软复位，也可以通过侦测外部低电平 输入来产生外部软复位。 软件看门狗复位m p c 8 2 6 0 的看门狗计数器倒数到0 后，产生内部硬 复位。 总线监视器复位m p c 8 2 6 0 的总线监视器计数器到0 后，产生内部硬 复位。 检查停( c h e c k s t o p ) 复位 当m p c 8 2 6 0 内核进入检查停状态，并且 r m r c s r e = 1 ( 复位模式寄存器的c s r e 位置为1 ) 时，检查停复位源产生，引起内部硬复位时序。 j t a g 复位当j t a g 复位逻辑下拉j t a g 软复位时，内部软复 位产生。 3 4 3 复位动作 表3 - 3 、复位动作 复位逻辑采样时钟驱动其他内驱动核 复位源和p l l 状系统模块h r e s e部逻辑 s r e s e复 态复位配置复位t 木复位 t 女位 上电复位是是是是是是是 外部硬复位 软件看门狗复位 否是是是是是是 总线监视器复位 检查停复位 j t a g 复位 否否否否是是是 外部软复位 如表3 - 3 ，系统的各种复位源都能产生内部一些逻辑的复位，但是并不是每 第三章基于m p c 8 2 6 0 的嵌入式通信平台硬件设计 个复位源都能复位所有系统逻辑，即复位源的级别不同。只有上电复位能够完成 后面的所有逻辑。 3 3 4 上电复位 如图3 5 所示，当m p c 8 2 6 0 的外部p o r e s e t * 引脚被拉低至少1 6 个输入 时钟周期或供电电平达到至少2 3 v