基于飛思卡爾芯片的最小系統設計

摘 要:本文主要對MPC7448微處理器以及其最小系統的工作原理進行了闡述，對最小系統進行了詳細的設計。文章主要從系統的硬件和軟件兩個方面出發，對系統的整個設計進行了闡述，在最后還描述了系統實現的過程。

關鍵詞:嵌入式最小系統飛思卡爾

中圖分類號:TP31文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0070-01

嵌入式技術的不斷發展，使其在各方面的運用也越來越廣泛。由FreeScale(飛思卡爾)公司推出的MPC7448芯片，其工作主頻最高能夠達到1.7GHz，并且繼承了之前芯片的PowerPC系統的功耗低、可靠性高、穩定性高的優點，很大程度上將以PowerPC為基礎的嵌入式處理器性能提高了。文章首先對基于MPC7448芯片的最小系統的設計進行介紹，其中包括系統的硬件與軟件的設計，隨后給出了在所設計的最小系統上運用M9圖形處理的芯片來實現圖形的顯示功能。

1 系統總體方案

基于MPC7448處理器的最小系統主要運用橋片來對總線和網口等一些I/O設備進行擴展。系統的存儲器主要應用北橋芯片MV64460來配置512MB的板載DDR Memory，使其成為整個系統的動態存儲的單元，提供軟件運行所需要的空間。系統采用了512KB的Flash ROM作為系統的BOOT ROM，用32MB的Flash ROM來存放軟件系統。

2 系統硬件部分設計

基于MPC7448嵌入式處理器最小系統的硬件模塊主要包括:(1)CPU功能模塊;(2)電源模塊;(3)以太網控制模塊。以下對這三個模塊的設計進行詳細的介紹在此詳細描述各。

2.1 CPU功能模塊的設計

CPU功能模塊中最重要的就是MPC7448中央處理器。系統的中央處理器主要通過主橋芯片作為接口與I/O設備相連接，這里的主橋芯片采用的是MARVELL公司推出的MV64460芯片。MV64460橋片是MARVELL公司推出的主要應用于PowerPC處理器的一款高級的主機橋片，其可以支持DDR SDRAM、PCI-X、千兆位以太網以及Flash ROM，是目前市場上一款性價比相對較高的橋片產品。

2.2 電源模塊的設計

電源模塊的設計過程中，可以運用分散供電的方式來進行設計，這就是說，電源模塊的功能是把外部供電的電源經過相應的變換之后，用相對較高的直流電壓為各功能電路供電，在主板上的總電源是3.3伏。在經過功能電路的幾次變換之后，就可以為其他更小的器件供電了。這中分級設計的電源模塊的穩定性相對較好，不會由于某個DC模塊或者是功能模塊的損壞而造成系統整體的損壞，這是因為在客觀上形成了二次電源冗余的電路，

2.3 以太網模塊的設計

以太網功能模塊的芯片采用AMD公司推出的AM79C874。這個芯片集成了10 M/100 M自適應以太網的物理層的收發功能。由于其采用的是CMOS工藝，因此它的功耗非常的低，通常在+3.3V的工作電壓之下，它的功耗只有0.3W，電源的管理模塊存在三種工作模式，這就使得系統的功耗更小了;不僅如此，由于芯片的體積相對較小，在一定程度上節省了板面的空間。

芯片的工作頻率采用外部的25MHz的晶振。除此之外，AM79C874還為多種檢測LED提供了接口，其中包括全/半雙工的顯示、10M/100M的顯示以及收發狀態的顯示等。

3 系統軟件設計

系統的軟件包括系統的底層接口程序、操作系統以及應用軟件。然而對于應用軟件的開發同時需要性能良好的操作系統以及穩定的硬件平臺相互兼容。

3.1 VxWorks操作系統簡介

美國的WindRiver公司在1983年推出了VxWorks操作系統，它是一種用于嵌入式系統的實時的操作系統。該操作系統擁有內核性能高、擴展能力強和用戶的開發環境友好的優點。系統的可靠性也是非常的高。VxWorks系統的使用非常的靈活，其API接口就有1800個。VxWorks系統所能夠適用的方面特別廣泛，能夠適用于各種復雜程度的產品。

3.2 BSP

BSP即電路板級支持開發包，其主要功能是銜接上層軟件和底層硬件的紐帶。能夠為上層的應用軟件提供比較統一的軟件接口。BSP是由為操作系統提供基本的硬件接口的程序組成的，其主要的功能是屏蔽了硬件，為操作系統提供了驅動和硬件的驅動。

從軟件的結構來看，BSP能夠分為三個部分:與硬件對應的系統函數實現部分、實現系統調試的驅動程序部分以及硬件的初始化和系統的引導部分。

3.3 操作系統的啟動

VxWorks操作系統的映象一般情況下包括三個部分:應用程序、操作系統內核以及BSP。按照文件組織的形式可把映象分三部分即Text段、Data段以及BSS段。Text段主要用來存放可執行代碼，VxWorks系統為用戶提供了多種的啟動方式，在開發的不同階段按需選擇;Data段主要用來存放已初始化過的全局的變量或者是靜態的變量;而BSS段則主要存放還未初始化的全局變量或者是靜態的變量。在該系統的設計中，主要選擇了常用的啟動方法，即運用Rom-based VxWorks Bootalbe Image映象來對系統進行引導。該映象主要由兩個部分組成，即VxWorks以及BootStrap映象。其中BootStrap映像其實就是通常所指的BOOT ROM，系統在完成了硬件基本的初始化工作后，將VxWorks映象讀取到RAM中去，最終的目的是將控制的權力交給VxWorks映象，這樣就啟動了VxWorks操作系統。一般的，VxWorks操作系統主要包括內存的初始化，系統的初始化，用戶的初始化等。

最后程序運用HWInit()函數來對多任務的環境和硬件設備進行初始化，通過對內存檢測標識位來判斷是否需要再次進行內存的自動探測，之后系統調用usrRoot()函數，最后對驅動程序、I/O設備等進行初始化，最后RTOS就開始運行了。

4 圖形顯示系統的實現

將MPC7448最小系統構建好了之后，運用對系統增加圖形處理的芯片和相關的驅動程序來達到圖形顯示的目的。在本設計中運用了M9圖形處理的芯片。M9芯片擁有64M的顯存和兩路視頻輸出的通道，還擁有2D、3D的硬件加速的引擎。

軟件的設計上，由于系統采用的是VxWorks操作系統，只需要對M9編寫相應的驅動，讓它能夠支持OpenGL ES，再運用OpenGL的應用層去控制M9去繪制相應的圖形。

5 結語

文章主要完成了對圍繞飛思卡爾的微處理器MPC7448所搭建的最小系統進行了介紹，從系統設計的硬件與軟件兩個部分出發，并在最后將其運用在圖形處理中去。本文只是簡單的對系統做了介紹，其具體在開發的過程中還有很多的工作要做，尤其是系統在一些其他的應用中，可以根據實際的需要來增加應用的模塊。

參考文獻

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