摘 要：介紹了嵌入式系統開發多媒體的應用前景、基于PowerPC 內核的嵌入式控制器芯片MPC823e, 及一種開發MPC823e多媒體功能的硬件平臺設計。 關鍵詞：嵌入式系統, MPC23e, 硬件開發平臺 1. 引言 　　嵌入式計算機技術是21世紀兩個重要發展方向之一，嵌入式計算機可應用到消費電子（手機，PDA，數碼相機，數字電視及IP Phone等），信息家電類產品，通信設備（路由器，交換機，放火墻，VPN等），工業控制及軍用電子等領域。據估計，未來十年中有95%的微處理器和65%的軟件被應用于各種嵌入式電子設備中，支持日趨增長的功能密度、靈活的網絡聯接、輕便的移動應用和多媒體的信息處理。本論文所描述的基于MPC823e 嵌入式多媒體信息終端的硬件平臺，具有豐富的外圍接口和多媒體功能，實現了電話業務、寬帶上網、電子郵件收發、電子支付、廣播廣告、城市生活服務等功能。 2. MPC823e簡介 　　PowerPC823e是Motorola公司的PowerQUICC系列嵌入式通信處理器中的一種，以精簡指令集RISC的體系結構為基礎，集成了32位微處理器和多種外設接口，具有強大的通信和網絡協議處理能力，廣泛應用于多媒體和網絡產品。功能結構主要包括：嵌入式PowerPC內核，系統接口單元（System Interface Unit，SIU），通信處理模塊（Communications Processor Module，CPM）和LCD控制器單元。其系統結構框圖如圖1所示。 [align=center] 圖1 MPC823e體系結構框圖[/align] 　　從圖中可以看出, 通信處理器模塊CPM 支持7個串行信道, 包括: 2 個串行通信控制器SCC, 2 個串行管理控制器SMC, 1 個USB 接口, 1 個I2C ，1 個串行外設接口SPI和一個LCD控制接口。因此,MPC823e 通過靈活的編程方式可實現對Ethernet、USB、T1/E1 等的支持, 以及對IEEE802. 3/Ethern2et、UART （ 同步/異步）、HDLC、等多種通信模式協議的支持。 　　另外, MPC823e 還具有增強型在片仿真調試功能, 功能齊全的接口單元, 可進行優先級編程的中斷控制等特征。本系統正是基于MPC23e 的這些特點來進行多媒體開發平臺的硬件設計的。 3. 系統硬件總體設計 　　設計MPC823e 多功能多媒體開發平臺的底層, 在硬件方面需要提供全面的通信接口、足夠的內存容量、調試功能以及測試顯示功能。根據設計, 本系統主要由主機系統、存儲系統、人-機接口和機-機接口電路組成。主機部分的設計主要包括了系統電源、PLL電源電路、時鐘電路、軟硬件復位電路和上電復位電路、MPC823e總線信號分配與定義等，為增強總線驅動能力，特選用芯片74LVC245增強總線驅動能力。 　　存儲系統部分用什么樣的存儲器取決于微處理器的支持。PowerPC系列基本上的存儲器如EDO、EPROM、FLASH、SDRAM、SPAM等都支持。容量的大小主要取決于內核映像、文件系統、用戶應用程序的大小。 　　通信接口部分電路包括：人-機接口和機-機接口，提供了1個Ethernet 接口、1個RS232 接口、1個USB 接口、1個I2C接口、一個800x600的液晶顯示器（LCD）接口。同時，根據這款多媒體信息終端產品的特點，為了與網絡管理中心和安全模塊的通信和實現鍵盤功能，擴展了一塊串口芯片ST16C552，ST16C552正好有兩個標準的串口RS232，同時通過MPC823e的PCMCIA接口（IP_B0～IP_B7）和ST16C552的打印機并口，利用行列掃描鍵盤的原理實現了鍵盤功能，最多可以實現8x12個鍵符，多少取決于你需要的鍵符個數而定。 　　串口芯片ST16C552及與MPC823e的連接圖如下： [align=center] 圖2 ST16C552及MPC823e的連接圖[/align] 　　另外, MPC823e還提供了BDM調試口以及測試口、可以從MPC823e的引腳SPKROUT（B7）接揚聲器的接口等。 　　最后，在設計中省去了CPLD電路部分，CPLD電路是一個集中將板上電路的一些邏輯關系可編程設置的一種實現方法。作用就是一些目標板所需的脈沖信號和電路邏輯，其功能完全可以用一些邏輯電路與MPC823e口線來實現。 4. 系統的硬件啟動與復位 　　MPC823e 的復位方式包括: 上電復位、外部/內部Hard Reset、外部/內部Soft Reset等。這些方式都由Reset 控制器處理。本系統采用了上電復位、外部Hard Reset和外部Soft Reset 的方式。由芯片內部完成, M PC823e需要確認PORESET 信號, 然后對MODCK〔1- 2〕引腳信號進行采樣，在設計中，把MODCK〔1- 2〕引腳通過一個上拉電阻接至高電平，這樣產生的5倍的倍頻系數, 直到所有的內部PLL （Phase2Locked Loop ） 進入鎖定狀態, 激活 　　系統時鐘, 最后,PORESET 恢復為高電平。MPC823e 結束上電復位狀態后,鎖定內部所有PLL , PowerPC 內核持續驅動HRESET 和SRESET 信號, 然后從數據總線上采樣系統配置信息。Core 在HRESET 有效時, 也將聲明SRESET 信號有效。MPC823e 在處理完畢所有的啟動或復位過程后進入正常的系統軟件初始化狀態, 運行上層程序。MPC823e在從數據總線上采樣硬件復位配置字信息的過程中, RSTCONF信號必須低電平有效; 如果RSTCONF 為高電平, 系統就以內部的默認值作為硬件復位配置字。當PORESET 處于有效期間,Core 以默認值0x000000000 作為配置字。筆者開發板設計中采用了后一種方法，即RSTCONF 為高電平。 5. 存儲系統設計 　　MPC823e中存儲器管理器負責控制管理GPCM 和UPMA（B） 兩種存儲器控制機制, 針對不同的存儲器提供靈活的時序支持和無縫連接。其中, GPCM 提供了一種簡單的、不支持突發方式的低層次的存儲器資源和內存映射接口, 因此, GPCM 控制的內存槽主要用于系統的啟動和不支持突發方式的數據存取。外接的串口芯片ST16C552也是采用了GPCM控制機制。 　　而UPM方式支持突發方式, 同時包括外部總線的地址復用、周期定時以及DRAM 器件可編程的行列地址選通信號的產生, 因此,UPM 多用于支持高性能的實時存儲器。在本系統的存儲器設計中, 采用了4片Intel 公司的FLASH E28F128J3A,系統容量為4x16M模式。4片Intel公司的SDRAM MT48LC32M16A2TG，系統容量為128M。其中, BANK0用于FLASH , 對應于CS0片選信號, 內存管理機制選擇GPCM , 數據總線寬度為8x4bit; SDRAM用了兩個BANK，用了CS1，CS2兩個片選信號（圖3中示意了CS1），內存管理機制選擇UPMB , 數據總線寬度為32bit。 　　FLASH用來存放BSP（Board Support Package）、實時操作系統和用戶應用程序。對BYTE# （Byte Enable） 管腳的設置, 可以使Flash工作在x8或x16 模式。 　　SDRAM 的讀寫以及突發模式的時序控制通過對MPC823e GPL〔0∶3〕編程來實現, 時鐘由MPC823e的 CL KOU T 信號提供。MPC823e 的字節選通信號BS〔0∶3〕連接SDRAM 的U（L）DQM 管腳用來選擇字節通道。 　　圖3 是有關內存的硬件設計示意圖。對于可能存在的用戶卡上的其他外部存儲器, 本系統預留了若干片選信號。 [align=center] 圖3 內存硬件設計圖[/align] 6. 各種通信接口的硬件設計 　　MPC823e的通信處理器模塊CPM為多種通信環境提供了一個靈活、完整的解決方法。為降低系統頻率和節省功率, CPM擁有獨立的R ISC 通信處理器CP, 以優化各種串行通信。CP為若干集成的通信信道提供服務, 執行底層協議處理和控制DMA。 　　CPM 通過以下途徑減少core 的計算任務, 包括: 減少中斷產生率; 執行一些OSI 第2 層處理; 支持多緩存存儲器數據結構等。 　　在CPM功能基礎上, 外圍通信電路只需提供物理層收發器和驅動器。在本系統的設計中,Ethernet 收發器采用Intel Level One 公司的LXT905;RS232收發器采用MAXIM公司的MAX3225ECAP;USB 收發器采用Philips 公司的PD IUSBP11A。其中Ethernet 收發器使用MPC823e的SCC2;RS232 收發器使用MPC823e的SMC1;USB收發器使用與MPC823e的USB 接口。 　　由于LXT905 本身提供了與MPC823e 的無縫接口能力,于是通過RJ45 實現與外界的通信主要集中在協議的實現和數據收發的控制上。其數據接口信號包括: 　　● RCLK 與TCLK: 接收與發送時鐘信號。由LXT905 提供, 連接到MPC823e 的時鐘信號CLKx。 　　● RXD與TXD: 接收與發送數據信號。由MPC823e 提供, 連接到LXT905 的RXD與TXD。 　　● TEN: 發送使能信號, 同時啟動LXT905看門狗定時器。 　　● CD: 載波監聽信號, 監聽LAN 是否正在使用。 　　● COL : 沖突監測信號, 驅動控制器的沖突監測輸入。 　　多媒體系統的外部接口圖如圖4所示： [align=center] 圖4 多媒體系統的外部接口圖[/align] 　　關于硬件的調試與測試部分的敘述這里從略。 7 結論 　　MPC823e 的多媒體硬件開發平臺在底層設計的基礎上, 選擇相應的嵌入式操作系統, 再進行相關驅動程序和上層應用程序的開發, 通過所需接口與各自的開發系統相連, 最終可設計實現各種通信與網絡產品。 參考文獻: 　　[1] 鄒思軼 主編 嵌入式Linux設計與應用. 清華大學出版社， 2002年 　　[2] Motorola Inc. . M PC823e Integrated Communications Microprocessor User’s Manual. Motorola Inc. , 2000