林游++李青++袁進(jìn)剛

摘 要設(shè)計了一種基于PCI-E總線的通用處理平臺，以高性能數(shù)字處理芯片PowerPc為處理單元、先進(jìn)的嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks為處理環(huán)境，采用高速的數(shù)據(jù)總線PCI-E進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸、豐富的對外接口進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)外的數(shù)據(jù)交換，具有廣泛的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】PCI-E 嵌入式系統(tǒng) VxWorks 通用平臺

1 引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)早已脫離了大型機(jī)和PC的概念，傳統(tǒng)的硬件設(shè)備的處理性能和總線的傳輸帶寬越來越難以滿足電子設(shè)備更新?lián)Q代后的需求，而嵌入式計算機(jī)由于靈活多變、效率高，具有小型化、高運(yùn)算能力和高傳輸帶寬等特點，獲得越來越廣泛的應(yīng)用。本處理平臺硬件部分使用嵌入式PowerPC處理板，處理環(huán)境采用專門為實時嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的VxWorks操作系統(tǒng)，充分結(jié)合了嵌入式計算機(jī)的特點，能夠滿足現(xiàn)在和將來一定時間內(nèi)出現(xiàn)的高運(yùn)算能力和高速設(shè)備的需求。

2 總體構(gòu)成

通用處理平臺，應(yīng)滿足現(xiàn)代大規(guī)模海量信息實時處理需求。由多個主要功能板卡構(gòu)成：PowerPC處理板、PCI-E總線傳輸板、高速數(shù)據(jù)傳輸接口板、低速數(shù)據(jù)傳輸接口板以、PCI-E主板、PCI-E轉(zhuǎn)cPCI橋接板等。所有板卡均為6U的板卡，可插入cPCI標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱中，共同構(gòu)成整個處理通用平臺。整體平臺結(jié)構(gòu)如圖1。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 電源

本通用數(shù)據(jù)處理平臺中電源采用標(biāo)準(zhǔn)cPCI電源，提供數(shù)字3V，5V，模擬+12V，-12V輸出。電源的各組電源由ATX插座輸出，通過電纜線直接引到分機(jī)通用cPCI背板的ATX插座上，通過背板走線接入cPCI總線，從而為cPCI總線上的各插件供電。通用數(shù)據(jù)處理平臺只用到了電源插件的數(shù)字3V，5V，模擬12V電源，在無特殊要求的前提下，通用數(shù)據(jù)處理平臺采用此形式可以滿足使用需要。

3.2 PowerPC數(shù)據(jù)處理板

根據(jù)通用數(shù)據(jù)處理平臺的結(jié)構(gòu)框圖，通用數(shù)據(jù)處理板以PowerPC處理器MPC7448為核心。該處理器應(yīng)該具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和通訊處理能力，能夠滿足計算處理的需求。處理器上移植VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)，利用VxWorks操作系統(tǒng)來進(jìn)行系統(tǒng)管理。

MPC7448為FreeScale PowerPC 32bit系列處理器基于e600 PowerPC內(nèi)核，能提供從600MHz到1.7GHz的速度，系統(tǒng)總線的運(yùn)行頻率高達(dá)200MHz。提供1MB二級緩存和32KB獨(dú)立的一級DATA Cache和指令Cache。處理器外接總線采用MPX200總線。

VxWorks與其它實時OS一樣，基于兩個重要機(jī)制：多任務(wù)環(huán)境及任務(wù)間通信；硬件中斷處理。VxWorks多任務(wù)內(nèi)核完成的功能是實時調(diào)度，任務(wù)間通信及互斥。其它功能則作為系統(tǒng)庫圍繞在內(nèi)核周圍，它們可根據(jù)需要進(jìn)行剪裁。

3.3 PCI-E數(shù)據(jù)傳輸板

PCI Express（簡寫PCI-E）是由Intel、IBM、Microsoft等PCI SIG聯(lián)合成立的Arapahoe Work Group共同草擬并推舉成取代PCI總線標(biāo)準(zhǔn)的下一代標(biāo)準(zhǔn)。PCI-E利用串行的連接特點能輕松將數(shù)據(jù)傳輸速度提到一個很高的頻率，達(dá)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出PCI總線的傳輸速率。一個PCI-E連接可以被配置成x1，x2，x4，x8，x12，x16和x32的數(shù)據(jù)帶寬。x1的通道能實現(xiàn)單向312.5MB/s（2.5Gb/s）的傳輸速率。Xilinx的Virtex5系列FPGA芯片內(nèi)嵌PCI-EEndpoint Block硬核，為實現(xiàn)單片可配置PCI-E總線解決方案提供了可能。

設(shè)計過程中在研究PCI-E接口協(xié)議和PCI-EEndpoint Block硬核的基礎(chǔ)上，使用Virtex5LXT50 FPGA芯片設(shè)計PCI-E接口硬件電路，實現(xiàn)PCI-E數(shù)據(jù)傳輸。

3.4 高速數(shù)據(jù)接口板

高速數(shù)據(jù)接口板，主要為通用數(shù)據(jù)處理平臺提供高速數(shù)據(jù)通訊通路，如千兆以太網(wǎng)、光纖通訊接口、高速LVDS接口等相對高速數(shù)據(jù)通訊接口。主要通過Altera FPGA芯片為主要處理器件。

3.5 低速數(shù)據(jù)接口板

整個低速數(shù)據(jù)接口板分別由S3C2410處理器、FLASH片外存儲器K9F1208、SDRAM芯片K4S561632C-TC75、總線接口模塊、電源模塊等功能構(gòu)成。為整個通用數(shù)據(jù)處理平臺提供RS232、RS485、USB、CAN接口等低速接口。

4 結(jié)論

本文設(shè)計的PCI-E總線的PowerPC通用處理平臺系統(tǒng)，具備強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力、方便快捷的數(shù)據(jù)算法設(shè)計環(huán)境、高速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸方式、豐富多樣的數(shù)據(jù)交換接口，能為現(xiàn)在新型、高性能終端提供合適的處理平臺，可以應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信、移動計算、汽車艦船、信息安全、醫(yī)療設(shè)備以及武器裝備等各個領(lǐng)域。

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作者單位

武漢濱湖電子有限責(zé)任公司 湖北省武漢市 430000