基于powerpc架构多核处理器嵌入式系统硬件设计

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1、基于PowerPC架构多核处理器嵌入式系统硬件设计王长清岑凡蔡惠智（中国科学院声学研究所北京100190）摘要：介绍了基于PowerPC架构的信号处理与存储嵌入式系统设计方案和系统中PowerPC双核处理器MPC8641D的主要特征，着重阐述了系统中电源、时钟、存储等电路模块的实现，并对硬件中的优化设计和实现中的关键技术进行了简要说明。关键词：PowerPC；多核处理器;嵌入式系统中图分类号：TP274文献标识码：BTheHardwareDesignofEmbeddedSystemforMulti-coreProcessorBasedo

2、nPowerPCArchitectureWangChangqingCenFanCaiHuizhi（InstituteofAcoustic,ChineseAcademyofScience,Beijing100190China）Abstract：Inthepaper,themainfeaturesofmulti_coreprocessorofPowerPC--MPC8641Dareintroducedatfirst,andembeddedlinuxsystemforsignalprocessingandstoreusingMPC8641Db

3、asedonPowerPCispresented.Theimplementationsaredescribedindetail,includingpowercircuit,clockcircuit,storecircuitetc.Thepivotaltechnologiesandoptimalhardwaredesignarediscussedbriefly.Keywords:PowerPC；Multi-coreProcessor；EmbeddedSystem1引言由于高速设计和热问题解决的复杂性意味着仅仅靠提高处理器工作频率已经无法满

4、足不断增长的系统性能要求，系统设计工程师转向多内核架构处理器而不是更高频率的器件来实现系统性能的提高。串行/解串器（SerDes）技术能够实现各个模块的高速互连，越来越多的高性能的嵌入式系统设计采用符合ATCA和uTCA等业界标工业标准架构的模块化设计，实现组件复用，从而降低总的系统成本，减轻设计师的设计负担，缩短产品的上市时间。本文结合高性能MPC8641D双核处理器的特性，设计了一种具有Altivec矢量处理技术，集成SerialRapdiIO、千兆以太网口、SATA2等多种高速数据接口和高速串行总线互连技术的嵌入式信号处理与存储A

5、TCA结构硬件平台。该平台优异集成功能，意味着更少的板卡数量和更高的处理密度，支持互联网、电信、军事、存储以及普遍计算等嵌入式高端应用。2系统概述本设计是基于ATCA架构主板，核心采用采用飞思卡尔公司高性能PowerPC双核处理器，充分利用MPC8641D提供的接口，提供了实施数据处理与存储管理的设备和SerialRapdiIO、千兆以太网口、SATA2等多种高速数据接口，具有信号高性能处理和高速传输能力。系统结构框图如图1所示。1图1信号处理与存储平台的结构框图3系统设计与硬件实现3.1MPC8641D处理器简介飞思卡尔的MPC864

6、1D双核处理器是在e600内核和PowerQUICC™片上系统（SoC）基础上开发的，有AltiVec®128位矢量处理引擎，提供突破性的性能、连接及集成功能，芯片提供2个DDR2控制器、LocalBus控制器、可编程中断控制器、IIC、串口控制器。尤其令人印象深刻包括4个千兆以太网控制器和支持SerialRapidIO和PCIExpress的两个SerDes接[1]口高速I/O，提供了高性能的系统互连。MPC8641D具体资料可见参考文献[1]。3．2电源电路和上电顺序控制功能的实现一个准确和稳定的电源对于系统的正常工作至关重要，针对

7、本设计，主要考虑以下两方面的因素：功率匹配和上电顺序。首先，计算需求电压的种类及其功率大小，预留一定的功率余量，确定供电模块；然后，根据电路供电要求，确定上电顺序。本设计电源组成与上电顺序控制如图2所示。QME48T20120LTC4252图2电源组成与控制框图CPLD实现了系统上电顺序状态控制逻辑。系统首先使能四个PTH04070W，同时提供VCC_1.2V、VCC_1.8V、VCC_2.5V、VCC_3.3V；然后使能三个YNC12S20提供VCore电压；最后，使能TPS51116给DDR2供电。供电时序除要求严格满足MPC864

8、1D上电时序要求，尤其要求满足下面两条，详见参考文献[2]。ò电压的建立时间最大不能超过20毫秒。òVCC_DDR_IO电压达到工作电压的10%时，VCore电压要求达到工作电压的90%以上。23．3时钟电