摘 要：介紹了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)多媒體的應用前景、基于PowerPC 內(nèi)核的嵌入式控制器芯片MPC823e, 及一種開發(fā)MPC823e多媒體功能的硬件平臺設計。 關鍵詞：嵌入式系統(tǒng), MPC23e, 硬件開發(fā)平臺 1. 引言 　　嵌入式計算機技術是21世紀兩個重要發(fā)展方向之一，嵌入式計算機可應用到消費電子（手機，PDA，數(shù)碼相機，數(shù)字電視及IP Phone等），信息家電類產(chǎn)品，通信設備（路由器，交換機，放火墻，VPN等），工業(yè)控制及軍用電子等領域。據(jù)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(wǎng)絡聯(lián)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(xiàn)了電話業(yè)務、寬帶上網(wǎng)、電子郵件收發(fā)、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(jié)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(wǎng)絡協(xié)議處理能力，廣泛應用于多媒體和網(wǎng)絡產(chǎn)品。功能結(jié)構主要包括：嵌入式PowerPC內(nèi)核，系統(tǒng)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(tǒng)結(jié)構框圖如圖1所示。 [align=center] 圖1 MPC823e體系結(jié)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(xiàn)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(xié)議的支持。 　　另外, MPC823e 還具有增強型在片仿真調(diào)試功能, 功能齊全的接口單元, 可進行優(yōu)先級編程的中斷控制等特征。本系統(tǒng)正是基于MPC23e 的這些特點來進行多媒體開發(fā)平臺的硬件設計的。 3. 系統(tǒng)硬件總體設計 　　設計MPC823e 多功能多媒體開發(fā)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(nèi)存容量、調(diào)試功能以及測試顯示功能。根據(jù)設計, 本系統(tǒng)主要由主機系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、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(tǒng)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(qū)動能力，特選用芯片74LVC245增強總線驅(qū)動能力。 　　存儲系統(tǒng)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(nèi)核映像、文件系統(tǒng)、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(jù)這款多媒體信息終端產(chǎn)品的特點，為了與網(wǎng)絡管理中心和安全模塊的通信和實現(xiàn)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(xiàn)了鍵盤功能，最多可以實現(xiàn)8x12個鍵符，多少取決于你需要的鍵符個數(shù)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(diào)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(xiàn)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(xiàn)。 4. 系統(tǒng)的硬件啟動與復位 　　MPC823e 的復位方式包括: 上電復位、外部/內(nèi)部Hard Reset、外部/內(nèi)部Soft Reset等。這些方式都由Reset 控制器處理。本系統(tǒng)采用了上電復位、外部Hard Reset和外部Soft Reset 的方式。由芯片內(nèi)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(chǎn)生的5倍的倍頻系數(shù), 直到所有的內(nèi)部PLL （Phase2Locked Loop ） 進入鎖定狀態(tài), 激活 　　系統(tǒng)時鐘, 最后,PORESET 恢復為高電平。MPC823e 結(jié)束上電復位狀態(tài)后,鎖定內(nèi)部所有PLL , PowerPC 內(nèi)核持續(xù)驅(qū)動HRESET 和SRESET 信號, 然后從數(shù)據(jù)總線上采樣系統(tǒng)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(tǒng)軟件初始化狀態(tài), 運行上層程序。MPC823e在從數(shù)據(jù)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(tǒng)就以內(nèi)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(fā)板設計中采用了后一種方法，即RSTCONF 為高電平。 5. 存儲系統(tǒng)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(fā)方式的低層次的存儲器資源和內(nèi)存映射接口, 因此, GPCM 控制的內(nèi)存槽主要用于系統(tǒng)的啟動和不支持突發(fā)方式的數(shù)據(jù)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(fā)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(chǎn)生, 因此,UPM 多用于支持高性能的實時存儲器。在本系統(tǒng)的存儲器設計中, 采用了4片Intel 公司的FLASH E28F128J3A,系統(tǒng)容量為4x16M模式。4片Intel公司的SDRAM MT48LC32M16A2TG，系統(tǒng)容量為128M。其中, BANK0用于FLASH , 對應于CS0片選信號, 內(nèi)存管理機制選擇GPCM , 數(shù)據(jù)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(nèi)存管理機制選擇UPMB , 數(shù)據(jù)總線寬度為32bit。 　　FLASH用來存放BSP（Board Support Package）、實時操作系統(tǒng)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(fā)模式的時序控制通過對MPC823e GPL〔0∶3〕編程來實現(xiàn), 時鐘由MPC823e的 CL KOU T 信號提供。MPC823e 的字節(jié)選通信號BS〔0∶3〕連接SDRAM 的U（L）DQM 管腳用來選擇字節(jié)通道。 　　圖3 是有關內(nèi)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(tǒng)預留了若干片選信號。 [align=center] 圖3 內(nèi)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(huán)境提供了一個靈活、完整的解決方法。為降低系統(tǒng)頻率和節(jié)省功率, CPM擁有獨立的R ISC 通信處理器CP, 以優(yōu)化各種串行通信。CP為若干集成的通信信道提供服務, 執(zhí)行底層協(xié)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(chǎn)生率; 執(zhí)行一些OSI 第2 層處理; 支持多緩存存儲器數(shù)據(jù)結(jié)構等。 　　在CPM功能基礎上, 外圍通信電路只需提供物理層收發(fā)器和驅(qū)動器。在本系統(tǒng)的設計中,Ethernet 收發(fā)器采用Intel Level One 公司的LXT905;RS232收發(fā)器采用MAXIM公司的MAX3225ECAP;USB 收發(fā)器采用Philips 公司的PD IUSBP11A。其中Ethernet 收發(fā)器使用MPC823e的SCC2;RS232 收發(fā)器使用MPC823e的SMC1;USB收發(fā)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(xiàn)與外界的通信主要集中在協(xié)議的實現(xiàn)和數(shù)據(jù)收發(fā)的控制上。其數(shù)據(jù)接口信號包括: 　　● RCLK 與TCLK: 接收與發(fā)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(fā)送數(shù)據(jù)信號。由MPC823e 提供, 連接到LXT905 的RXD與TXD。 　　● TEN: 發(fā)送使能信號, 同時啟動LXT905看門狗定時器。 　　● CD: 載波監(jiān)聽信號, 監(jiān)聽LAN 是否正在使用。 　　● COL : 沖突監(jiān)測信號, 驅(qū)動控制器的沖突監(jiān)測輸入。 　　多媒體系統(tǒng)的外部接口圖如圖4所示： [align=center] 圖4 多媒體系統(tǒng)的外部接口圖[/align] 　　關于硬件的調(diào)試與測試部分的敘述這里從略。 7 結(jié)論 　　MPC823e 的多媒體硬件開發(fā)平臺在底層設計的基礎上, 選擇相應的嵌入式操作系統(tǒng), 再進行相關驅(qū)動程序和上層應用程序的開發(fā), 通過所需接口與各自的開發(fā)系統(tǒng)相連, 最終可設計實現(xiàn)各種通信與網(wǎng)絡產(chǎn)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