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摘 要:本文主要对MPC7448微处理器以及其最小系统的工作原理进行了阐述,对最小系统进行了详细的设计。文章主要从系统的硬件和软件两个方面出发,对系统的整个设计进行了阐述,在最后还描述了系统实现的过程。
关键词:嵌入式最小系统飞思卡尔
中图分类号:TP31 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)05(a)-0070-01
嵌入式技术的不断发展,使其在各方面的运用也越来越广泛。由FreeScale(飞思卡尔)公司推出的MPC7448芯片,其工作主频最高能够达到1.7GHz,并且继承了之前芯片的PowerPC系统的功耗低、可靠性高、稳定性高的优点,很大程度上将以PowerPC为基础的嵌入式处理器性能提高了。文章首先对基于MPC7448芯片的最小系统的设计进行介绍,其中包括系统的硬件与软件的设计,随后给出了在所设计的最小系统上运用M9图形处理的芯片来实现图形的显示功能。
1 系統总体方案
基于MPC7448处理器的最小系统主要运用桥片来对总线和网口等一些I/O设备进行扩展。系统的存储器主要应用北桥芯片MV64460来配置512MB的板载DDR Memory,使其成为整个系统的动态存储的单元,提供软件运行所需要的空间。系统采用了512KB的Flash ROM作为系统的BOOT ROM,用32MB的Flash ROM来存放软件系统。
2 系统硬件部分设计
基于MPC7448嵌入式处理器最小系统的硬件模块主要包括:(1)CPU功能模块;(2)电源模块;(3)以太网控制模块。以下对这三个模块的设计进行详细的介绍在此详细描述各。
2.1 CPU功能模块的设计
CPU功能模块中最重要的就是MPC7448中央处理器。系统的中央处理器主要通过主桥芯片作为接口与I/O设备相连接,这里的主桥芯片采用的是MARVELL公司推出的MV64460芯片。MV64460桥片是MARVELL公司推出的主要应用于PowerPC处理器的一款高级的主机桥片,其可以支持DDR SDRAM、PCI-X、千兆位以太网以及Flash ROM,是目前市场上一款性价比相对较高的桥片产品。
2.2 电源模块的设计
电源模块的设计过程中,可以运用分散供电的方式来进行设计,这就是说,电源模块的功能是把外部供电的电源经过相应的变换之后,用相对较高的直流电压为各功能电路供电,在主板上的总电源是3.3伏。在经过功能电路的几次变换之后,就可以为其他更小的器件供电了。这中分级设计的电源模块的稳定性相对较好,不会由于某个DC模块或者是功能模块的损坏而造成系统整体的损坏,这是因为在客观上形成了二次电源冗余的电路,
2.3 以太网模块的设计
以太网功能模块的芯片采用AMD公司推出的AM79C874。这个芯片集成了10 M/100 M自适应以太网的物理层的收发功能。由于其采用的是CMOS工艺,因此它的功耗非常的低,通常在+3.3V的工作电压之下,它的功耗只有0.3W,电源的管理模块存在三种工作模式,这就使得系统的功耗更小了;不仅如此,由于芯片的体积相对较小,在一定程度上节省了板面的空间。
芯片的工作频率采用外部的25MHz的晶振。除此之外,AM79C874还为多种检测LED提供了接口,其中包括全/半双工的显示、10M/100M的显示以及收发状态的显示等。
3 系统软件设计
系统的软件包括系统的底层接口程序、操作系统以及应用软件。然而对于应用软件的开发同时需要性能良好的操作系统以及稳定的硬件平台相互兼容。
3.1 VxWorks操作系统简介
美国的WindRiver公司在1983年推出了VxWorks操作系统,它是一种用于嵌入式系统的实时的操作系统。该操作系统拥有内核性能高、扩展能力强和用户的开发环境友好的优点。系统的可靠性也是非常的高。VxWorks系统的使用非常的灵活,其API接口就有1800个。VxWorks系统所能够适用的方面特别广泛,能够适用于各种复杂程度的产品。
3.2 BSP
BSP即电路板级支持开发包,其主要功能是衔接上层软件和底层硬件的纽带。能够为上层的应用软件提供比较统一的软件接口。BSP是由为操作系统提供基本的硬件接口的程序组成的,其主要的功能是屏蔽了硬件,为操作系统提供了驱动和硬件的驱动。
从软件的结构来看,BSP能够分为三个部分:与硬件对应的系统函数实现部分、实现系统调试的驱动程序部分以及硬件的初始化和系统的引导部分。
3.3 操作系统的启动
VxWorks操作系统的映象一般情况下包括三个部分:应用程序、操作系统内核以及BSP。按照文件组织的形式可把映象分三部分即Text段、Data段以及BSS段。Text段主要用来存放可执行代码,VxWorks系统为用户提供了多种的启动方式,在开发的不同阶段按需选择;Data段主要用来存放已初始化过的全局的变量或者是静态的变量;而BSS段则主要存放还未初始化的全局变量或者是静态的变量。在该系统的设计中,主要选择了常用的启动方法,即运用Rom-based VxWorks Bootalbe Image映象来对系统进行引导。该映象主要由两个部分组成,即VxWorks以及BootStrap映象。其中BootStrap映像其实就是通常所指的BOOT ROM,系统在完成了硬件基本的初始化工作后,将VxWorks映象读取到RAM中去,最终的目的是将控制的权力交给VxWorks映象,这样就启动了VxWorks操作系统。一般的,VxWorks操作系统主要包括内存的初始化,系统的初始化,用户的初始化等。
最后程序运用HWInit()函数来对多任务的环境和硬件设备进行初始化,通过对内存检测标识位来判断是否需要再次进行内存的自动探测,之后系统调用usrRoot()函数,最后对驱动程序、I/O设备等进行初始化,最后RTOS就开始运行了。
4 图形显示系统的实现
将MPC7448最小系统构建好了之后,运用对系统增加图形处理的芯片和相关的驱动程序来达到图形显示的目的。在本设计中运用了M9图形处理的芯片。M9芯片拥有64M的显存和两路视频输出的通道,还拥有2D、3D的硬件加速的引擎。
软件的设计上,由于系统采用的是VxWorks操作系统,只需要对M9编写相应的驱动,让它能够支持OpenGL ES,再运用OpenGL的应用层去控制M9去绘制相应的图形。
5 结语
文章主要完成了对围绕飞思卡尔的微处理器MPC7448所搭建的最小系统进行了介绍,从系统设计的硬件与软件两个部分出发,并在最后将其运用在图形处理中去。本文只是简单的对系统做了介绍,其具体在开发的过程中还有很多的工作要做,尤其是系统在一些其他的应用中,可以根据实际的需要来增加应用的模块。
参考文献
[1] 王宜怀,刘晓升.嵌入式技术基础与实践[M].北京:清华大学出版社,2007.
[2] 朱宏.基于PowerPC单板机系统的BSP开发[D].成都:电子科技大学,2008.
[3] 范鹏,丁朋林.基于MPC8260嵌入式通信开发平台设计[J].电子测量设计,2003(5):31-32.
关键词:嵌入式最小系统飞思卡尔
中图分类号:TP31 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)05(a)-0070-01
嵌入式技术的不断发展,使其在各方面的运用也越来越广泛。由FreeScale(飞思卡尔)公司推出的MPC7448芯片,其工作主频最高能够达到1.7GHz,并且继承了之前芯片的PowerPC系统的功耗低、可靠性高、稳定性高的优点,很大程度上将以PowerPC为基础的嵌入式处理器性能提高了。文章首先对基于MPC7448芯片的最小系统的设计进行介绍,其中包括系统的硬件与软件的设计,随后给出了在所设计的最小系统上运用M9图形处理的芯片来实现图形的显示功能。
1 系統总体方案
基于MPC7448处理器的最小系统主要运用桥片来对总线和网口等一些I/O设备进行扩展。系统的存储器主要应用北桥芯片MV64460来配置512MB的板载DDR Memory,使其成为整个系统的动态存储的单元,提供软件运行所需要的空间。系统采用了512KB的Flash ROM作为系统的BOOT ROM,用32MB的Flash ROM来存放软件系统。
2 系统硬件部分设计
基于MPC7448嵌入式处理器最小系统的硬件模块主要包括:(1)CPU功能模块;(2)电源模块;(3)以太网控制模块。以下对这三个模块的设计进行详细的介绍在此详细描述各。
2.1 CPU功能模块的设计
CPU功能模块中最重要的就是MPC7448中央处理器。系统的中央处理器主要通过主桥芯片作为接口与I/O设备相连接,这里的主桥芯片采用的是MARVELL公司推出的MV64460芯片。MV64460桥片是MARVELL公司推出的主要应用于PowerPC处理器的一款高级的主机桥片,其可以支持DDR SDRAM、PCI-X、千兆位以太网以及Flash ROM,是目前市场上一款性价比相对较高的桥片产品。
2.2 电源模块的设计
电源模块的设计过程中,可以运用分散供电的方式来进行设计,这就是说,电源模块的功能是把外部供电的电源经过相应的变换之后,用相对较高的直流电压为各功能电路供电,在主板上的总电源是3.3伏。在经过功能电路的几次变换之后,就可以为其他更小的器件供电了。这中分级设计的电源模块的稳定性相对较好,不会由于某个DC模块或者是功能模块的损坏而造成系统整体的损坏,这是因为在客观上形成了二次电源冗余的电路,
2.3 以太网模块的设计
以太网功能模块的芯片采用AMD公司推出的AM79C874。这个芯片集成了10 M/100 M自适应以太网的物理层的收发功能。由于其采用的是CMOS工艺,因此它的功耗非常的低,通常在+3.3V的工作电压之下,它的功耗只有0.3W,电源的管理模块存在三种工作模式,这就使得系统的功耗更小了;不仅如此,由于芯片的体积相对较小,在一定程度上节省了板面的空间。
芯片的工作频率采用外部的25MHz的晶振。除此之外,AM79C874还为多种检测LED提供了接口,其中包括全/半双工的显示、10M/100M的显示以及收发状态的显示等。
3 系统软件设计
系统的软件包括系统的底层接口程序、操作系统以及应用软件。然而对于应用软件的开发同时需要性能良好的操作系统以及稳定的硬件平台相互兼容。
3.1 VxWorks操作系统简介
美国的WindRiver公司在1983年推出了VxWorks操作系统,它是一种用于嵌入式系统的实时的操作系统。该操作系统拥有内核性能高、扩展能力强和用户的开发环境友好的优点。系统的可靠性也是非常的高。VxWorks系统的使用非常的灵活,其API接口就有1800个。VxWorks系统所能够适用的方面特别广泛,能够适用于各种复杂程度的产品。
3.2 BSP
BSP即电路板级支持开发包,其主要功能是衔接上层软件和底层硬件的纽带。能够为上层的应用软件提供比较统一的软件接口。BSP是由为操作系统提供基本的硬件接口的程序组成的,其主要的功能是屏蔽了硬件,为操作系统提供了驱动和硬件的驱动。
从软件的结构来看,BSP能够分为三个部分:与硬件对应的系统函数实现部分、实现系统调试的驱动程序部分以及硬件的初始化和系统的引导部分。
3.3 操作系统的启动
VxWorks操作系统的映象一般情况下包括三个部分:应用程序、操作系统内核以及BSP。按照文件组织的形式可把映象分三部分即Text段、Data段以及BSS段。Text段主要用来存放可执行代码,VxWorks系统为用户提供了多种的启动方式,在开发的不同阶段按需选择;Data段主要用来存放已初始化过的全局的变量或者是静态的变量;而BSS段则主要存放还未初始化的全局变量或者是静态的变量。在该系统的设计中,主要选择了常用的启动方法,即运用Rom-based VxWorks Bootalbe Image映象来对系统进行引导。该映象主要由两个部分组成,即VxWorks以及BootStrap映象。其中BootStrap映像其实就是通常所指的BOOT ROM,系统在完成了硬件基本的初始化工作后,将VxWorks映象读取到RAM中去,最终的目的是将控制的权力交给VxWorks映象,这样就启动了VxWorks操作系统。一般的,VxWorks操作系统主要包括内存的初始化,系统的初始化,用户的初始化等。
最后程序运用HWInit()函数来对多任务的环境和硬件设备进行初始化,通过对内存检测标识位来判断是否需要再次进行内存的自动探测,之后系统调用usrRoot()函数,最后对驱动程序、I/O设备等进行初始化,最后RTOS就开始运行了。
4 图形显示系统的实现
将MPC7448最小系统构建好了之后,运用对系统增加图形处理的芯片和相关的驱动程序来达到图形显示的目的。在本设计中运用了M9图形处理的芯片。M9芯片拥有64M的显存和两路视频输出的通道,还拥有2D、3D的硬件加速的引擎。
软件的设计上,由于系统采用的是VxWorks操作系统,只需要对M9编写相应的驱动,让它能够支持OpenGL ES,再运用OpenGL的应用层去控制M9去绘制相应的图形。
5 结语
文章主要完成了对围绕飞思卡尔的微处理器MPC7448所搭建的最小系统进行了介绍,从系统设计的硬件与软件两个部分出发,并在最后将其运用在图形处理中去。本文只是简单的对系统做了介绍,其具体在开发的过程中还有很多的工作要做,尤其是系统在一些其他的应用中,可以根据实际的需要来增加应用的模块。
参考文献
[1] 王宜怀,刘晓升.嵌入式技术基础与实践[M].北京:清华大学出版社,2007.
[2] 朱宏.基于PowerPC单板机系统的BSP开发[D].成都:电子科技大学,2008.
[3] 范鹏,丁朋林.基于MPC8260嵌入式通信开发平台设计[J].电子测量设计,2003(5):31-32.