基于PCI—E总线的PowerPC通用处理平台构建

林游++李青++袁进刚

摘 要设计了一种基于PCI-E总线的通用处理平台，以高性能数字处理芯片PowerPc为处理单元、先进的嵌入式操作系统VxWorks为处理环境，采用高速的数据总线PCI-E进行系统内部数据传输、丰富的对外接口进行系统内外的数据交换，具有广泛的应用前景。

【关键词】PCI-E 嵌入式系统 VxWorks 通用平台

1 引言

随着电子技术的发展，计算机早已脱离了大型机和PC的概念，传统的硬件设备的处理性能和总线的传输带宽越来越难以满足电子设备更新换代后的需求，而嵌入式计算机由于灵活多变、效率高，具有小型化、高运算能力和高传输带宽等特点，获得越来越广泛的应用。本处理平台硬件部分使用嵌入式PowerPC处理板，处理环境采用专门为实时嵌入式系统设计的VxWorks操作系统，充分结合了嵌入式计算机的特点，能够满足现在和将来一定时间内出现的高运算能力和高速设备的需求。

2 总体构成

通用处理平台，应满足现代大规模海量信息实时处理需求。由多个主要功能板卡构成：PowerPC处理板、PCI-E总线传输板、高速数据传输接口板、低速数据传输接口板以、PCI-E主板、PCI-E转cPCI桥接板等。所有板卡均为6U的板卡，可插入cPCI标准机箱中，共同构成整个处理通用平台。整体平台结构如图1。

3 系统构成

3.1 电源

本通用数据处理平台中电源采用标准cPCI电源，提供数字3V，5V，模拟+12V，-12V输出。电源的各组电源由ATX插座输出，通过电缆线直接引到分机通用cPCI背板的ATX插座上，通过背板走线接入cPCI总线，从而为cPCI总线上的各插件供电。通用数据处理平台只用到了电源插件的数字3V，5V，模拟12V电源，在无特殊要求的前提下，通用数据处理平台采用此形式可以满足使用需要。

3.2 PowerPC数据处理板

根据通用数据处理平台的结构框图，通用数据处理板以PowerPC处理器MPC7448为核心。该处理器应该具有较强的数据处理能力和通讯处理能力，能够满足计算处理的需求。处理器上移植VxWorks嵌入式实时操作系统，利用VxWorks操作系统来进行系统管理。

MPC7448为FreeScale PowerPC 32bit系列处理器基于e600 PowerPC内核，能提供从600MHz到1.7GHz的速度，系统总线的运行频率高达200MHz。提供1MB二级缓存和32KB独立的一级DATA Cache和指令Cache。处理器外接总线采用MPX200总线。

VxWorks与其它实时OS一样，基于两个重要机制：多任务环境及任务间通信；硬件中断处理。VxWorks多任务内核完成的功能是实时调度，任务间通信及互斥。其它功能则作为系统库围绕在内核周围，它们可根据需要进行剪裁。

3.3 PCI-E数据传输板

PCI Express（简写PCI-E）是由Intel、IBM、Microsoft等PCI SIG联合成立的Arapahoe Work Group共同草拟并推举成取代PCI总线标准的下一代标准。PCI-E利用串行的连接特点能轻松将数据传输速度提到一个很高的频率，达到远远超出PCI总线的传输速率。一个PCI-E连接可以被配置成x1，x2，x4，x8，x12，x16和x32的数据带宽。x1的通道能实现单向312.5MB/s（2.5Gb/s）的传输速率。Xilinx的Virtex5系列FPGA芯片内嵌PCI-EEndpoint Block硬核，为实现单片可配置PCI-E总线解决方案提供了可能。

设计过程中在研究PCI-E接口协议和PCI-EEndpoint Block硬核的基础上，使用Virtex5LXT50 FPGA芯片设计PCI-E接口硬件电路，实现PCI-E数据传输。

3.4 高速数据接口板

高速数据接口板，主要为通用数据处理平台提供高速数据通讯通路，如千兆以太网、光纤通讯接口、高速LVDS接口等相對高速数据通讯接口。主要通过Altera FPGA芯片为主要处理器件。

3.5 低速数据接口板

整个低速数据接口板分别由S3C2410处理器、FLASH片外存储器K9F1208、SDRAM芯片K4S561632C-TC75、总线接口模块、电源模块等功能构成。为整个通用数据处理平台提供RS232、RS485、USB、CAN接口等低速接口。

4 结论

本文设计的PCI-E总线的PowerPC通用处理平台系统，具备强大的运算处理能力、方便快捷的数据算法设计环境、高速稳定的数据传输方式、丰富多样的数据交换接口，能为现在新型、高性能终端提供合适的处理平台，可以应用于网络通信、移动计算、汽车舰船、信息安全、医疗设备以及武器装备等各个领域。

参考文献

[1]程敬原.VxWorks软件开发项目实例完全解析[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2]周启平、张杨.VxWorks下设备驱动程序及BSP开发指南[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3]张天林、张思敏.CPCI-E与VPX总线标准的比较分析[J].工业控制计算机，2009（07）：1-5.

作者单位

武汉滨湖电子有限责任公司 湖北省武汉市 430000