【正文】 處于低電平，停止相應(yīng)功能單元的時(shí)鐘信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省功耗的目的，以下將從 603R 是如何“凍結(jié)”相應(yīng)單元的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)討論其動(dòng)態(tài)功耗技術(shù)。高指令數(shù)據(jù)吞吐量零周期分支轉(zhuǎn)移能力；在未定狀況下分支轉(zhuǎn)移的可編程靜態(tài)分支預(yù)測(cè)；取指單元每周期可從指令 Cache 取 2 條指令；1個(gè) 6 口的指令隊(duì)列提供了預(yù)知將來(lái)的能力；帶前饋功能的獨(dú)立流水線減少了硬件的數(shù)據(jù)相關(guān)；4 路組相關(guān)、物理映射的 16K 字節(jié)的數(shù)據(jù)Cache；LRU 置換算法；4 路組相關(guān)、物理映射的 16K 字節(jié)的指令Cache；LRU 置換算法；以每頁(yè)或每塊為基準(zhǔn)，可編程 Cache 回寫或直寫操作；52 位虛擬地址，32 位物理地址。FPGA 實(shí)現(xiàn)的 24 位定時(shí)器的 輸出使能有裝入數(shù)據(jù)的操作控制。 發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘是波特率的16 倍( 波特率為115 200 bps) .8274 可工作在查詢方式和中斷方式, 這可由軟件對(duì) 8274 作相應(yīng)的初始化來(lái)實(shí)現(xiàn)。 + 5V 電源的上電復(fù)位和對(duì)電源的監(jiān)測(cè)功能由一片 MAX706 完成。3) 外部總線時(shí)鐘最高為 66 MHz, CPU 主頻最高為133 MHz。 2） 強(qiáng)大的指令和數(shù)據(jù)的吞吐量 [ 6] 零周期分支處理能力。第二章 PowerPC603R 處理器 PowerPC603R 的結(jié)構(gòu)PowerPC603R 是 PowerPC 家族中的一款低功耗 RISC 微處理器，CPU內(nèi)部時(shí)鐘頻可達(dá) 200MHz，其內(nèi)嵌 32 位 PowerPC 核，支持 32 位有效地址，支持 8/16/32 位整形數(shù)據(jù)類型和 32/64 位浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類型。 高 速 的 嵌 入 式PowerPC 內(nèi) 核 ， 連 同 極 高 的 網(wǎng) 絡(luò) 和 通 信 外 圍 設(shè) 系 統(tǒng) 。 由 于 CPM 分 擔(dān) 了 嵌 入 式 PowerPC 核 的 外 圍 工 作 任務(wù) ， 這 種 雙 處 理 器 體 系 結(jié) 構(gòu) 功 耗 要 低 于 傳 統(tǒng) 的 體 系 結(jié) 構(gòu) 的 處 理 器 。 第 一 代 PowerPC 采用 微 米 的 生 產(chǎn) 工 藝 ， 晶 體 管 的 集 成 度 達(dá) 到 單 芯 片 300 萬(wàn) 個(gè) 。所有 GRP 都是可用的，只有一種情況例外：在某些指令中，GPR0 只是代表數(shù)值 0，而不會(huì)去查找 GPR0 的內(nèi)容。各實(shí)現(xiàn)對(duì)最低位在最前的字節(jié)排列順序方式的支持不同。這兩種體系結(jié)構(gòu)都具備與 PowerPC Book I 指令和寄存器的完全兼容性，同時(shí)提供了對(duì)內(nèi)存管理、異常和中斷、計(jì)時(shí)器支持和調(diào)試支持等各方面的系統(tǒng)級(jí)擴(kuò)展。當(dāng)前，PowerPC 體系結(jié)構(gòu)家族樹(shù)有兩個(gè)活躍的分支，分別是 PowerPC AS 體系結(jié)構(gòu)和 PowerPC Book E 體系結(jié)構(gòu)。Book I. 用戶指令集體系結(jié)構(gòu)定義了通用于所有 PowerPC 實(shí)現(xiàn)的用戶指令和寄存器的基本集合。PowerPC 有較高的時(shí)鐘頻率和功能強(qiáng)大的處理核，更適合于后端數(shù)據(jù)處理。設(shè)計(jì)中采用了 PowerPC603R 和 PowerPC860 處理器，包括 VME 總線，AD、DA 數(shù)據(jù)采集，RD、SD 軸角轉(zhuǎn)換，F(xiàn)LASH、SRAM 存儲(chǔ)器，1553B 航空總線等功能模塊，使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) VxWorks 進(jìn)行軟件任務(wù)調(diào)度。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及特定的應(yīng)用程序等四部分組成，是集軟硬件于一體的可獨(dú)立工作的“器件” ，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其它設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。PowerPC 體系結(jié)構(gòu)分為三個(gè)級(jí)別（或者說(shuō)是“book” ） 。其中包括用于內(nèi)存管理、異常向量處理、特權(quán)寄存器訪問(wèn)、特權(quán)計(jì)時(shí)器訪問(wèn)的函數(shù)。雖然三種體系結(jié)構(gòu)主要在操作系統(tǒng)級(jí)別上表現(xiàn)出不同，但它們?cè)诤艽蟪潭壬暇邆鋺?yīng)PowerPC 的嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)3用級(jí)的兼容性PowerPC 最初定義了同時(shí)對(duì) 32 位和 64 位實(shí)現(xiàn)的支持，可以讓 32 位的應(yīng)用程序運(yùn)行于 64 位系統(tǒng)之上。所有存儲(chǔ)都可以字節(jié)尋址。通用寄存器（GPR）用戶指令集體系結(jié)構(gòu)（Book I）規(guī)定，所有實(shí)現(xiàn)都有 32 個(gè) GPR（從 GPR0 到 GPR31） 。對(duì) FPSCR 的訪問(wèn)要通過(guò) FPR。 PowerQUICC 可 以 被 稱 為MC6 和 集 成 度 等 。 它 可 用 于 路 由 器 、 接 線 器 、 網(wǎng) 絡(luò) 存 儲(chǔ) 應(yīng) 用和 圖 像 顯 示 系 統(tǒng) 。 PowerPC 內(nèi) 核 和 CPM 的 組 合 ， 加 之 MPC8260 的 多 功 能 和 高 性 能 ，為 用 戶 在 網(wǎng) 絡(luò) 和 通 信 產(chǎn) 品 的 開(kāi) 發(fā) 方 面 提 供 巨 大 的 潛 力 并 縮 短 開(kāi) 發(fā) 周 期 ，江南大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專科論文加 速 產(chǎn) 品 的 上 市 。 浮點(diǎn)處理單元能執(zhí)行所有的單精度和大多數(shù)雙精度數(shù)的操作：1) 五個(gè)獨(dú)立的可執(zhí)行單元和兩個(gè)寄存器組可執(zhí)行單元有: 分支處理單元、整型處理單元、浮點(diǎn)處理單元、裝入/ 存儲(chǔ)處理單元和系統(tǒng)寄存器處 理單元。具有 16 k 字節(jié)數(shù)據(jù)和 16 k 字節(jié)指令的 cache 具有四個(gè)相連的頁(yè), cache 采用直接像法, 采用近期最少使用的替換算法。33MHz 的時(shí)鐘由時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng), 為了減小時(shí)鐘的漂移, 由專用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片分別為 Power PC603r 和 FPGA 等芯片提供時(shí)鐘。（5） SIO功能塊SIO功能塊主要選用多規(guī)程串行控制器 8274 來(lái)實(shí)現(xiàn) 2 路 RS232 串行接口。 時(shí)鐘為 100 kHz, 16 位最大定 時(shí)為 655 36 ms, 24 位最大定時(shí)為 167 77215s。f. 實(shí)現(xiàn) 24 位定時(shí)器；g. 產(chǎn)生其它控制信號(hào)。動(dòng)態(tài)功耗管理邏輯會(huì)自動(dòng)操縱時(shí)鐘再生器使處于空閑狀態(tài)的功能塊的時(shí)鐘關(guān)斷并 v 且禁止寄存器值的改變從而使平均功耗減少，試驗(yàn)表明使用動(dòng)態(tài)管理功耗設(shè)計(jì)的 603R能使其功耗減少 15％。603R 的執(zhí)行單元是根據(jù)分配給某一單元的特定指令來(lái)“凍結(jié)”時(shí)鐘，比如系統(tǒng)寄存器(SRU)單元，SRU 只有一個(gè)單周期的執(zhí)行級(jí)但卻管理著許多的寄存器，只有當(dāng)該寄存器被修改時(shí)其時(shí)鐘才處于有效狀態(tài)，而此時(shí)該單元中其他寄存器的時(shí)鐘卻保持“凍結(jié)”狀態(tài)。(2) 指令 CACHE 的動(dòng)態(tài)功耗管理對(duì)于指令 CACHE 來(lái)說(shuō)，所有的“猝發(fā)”式或者單拍讀存儲(chǔ)器，動(dòng)態(tài)功耗管理都會(huì)“凍結(jié)”其時(shí)鐘。603R 這 3 種低功耗模式之間不能直接轉(zhuǎn)換而必須先進(jìn)入全功耗模式(內(nèi)部功能單元完全以處理器時(shí)鐘速度工作)再跳入其他低功耗模式。當(dāng) 603R 接收外部異步中斷、系統(tǒng)管理異常事件、遞減異常事件、軟硬復(fù)位或者機(jī)器檢查信號(hào)保持時(shí)回到完全供電狀態(tài)。 PowerPC860SR 的組成 圖 31 是 PowerPC860SR 結(jié)構(gòu)圖。主要包括：RISC 控制器、所有串行通道口支持連續(xù)接收和發(fā)送模式、5K 字節(jié)雙口 RAM、16 個(gè)串行 DMA (SDMA)通道、三個(gè)并行 I/O 寄存器、四個(gè)獨(dú)立的波特率發(fā)生器（可以連接到任意一個(gè) SCC 和 SMC，并允許運(yùn)行中改變，支持自動(dòng)波特率） ，四個(gè)串行通信控制器（SCC） （支持以太網(wǎng)、HDLC/SDLC、HDLC 總線） 、兩個(gè)串行管理控制器（SMC） （UART 方式或透明傳輸） 、一個(gè)串行外圍接口電路（SPI） （支持主從模式，支持同一總線上多主操作） 、一PowerPC 的嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)17個(gè) I2C（InterIntegrated Circuit）接口（支持主從模式，支持多主環(huán)境） 。在存儲(chǔ)器區(qū)，每個(gè)通信設(shè)備都有一個(gè)發(fā)送 DMA 和接受 DMA，32 位 RISC控制這 16 個(gè)串行 DMA 在通信設(shè)備和存儲(chǔ)器之間傳送數(shù)據(jù)。TornadoII 就是為開(kāi)發(fā) VxWorks 應(yīng)用系統(tǒng)提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，TornadoII 中包含的工程管理軟件，可以將用戶自己的代碼與 VxWorks的核心有效的組合起來(lái)，可以按用戶的需要裁剪配置 VxWorks 內(nèi)核；vxSim 原型仿真器可以讓程序員不用目標(biāo)機(jī)的情況下，直接開(kāi)發(fā)系統(tǒng)原型，作出系統(tǒng)評(píng)估；功能強(qiáng)大的 CrossWind 調(diào)試器可以提供任務(wù)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的調(diào)試模式，可以進(jìn)行多目標(biāo)機(jī)的聯(lián)調(diào)；優(yōu)化分析工具可以幫助程序員從多種方式真正地觀察、跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行，排除錯(cuò)誤，優(yōu)化性能。圖 41 BSP、硬件、應(yīng)用程序的層次關(guān)系2) 高性能的操作系統(tǒng)核心 windVxWorks 的核心，被稱作 wind，支持所有的實(shí)時(shí)特性，其設(shè)計(jì)減少了系統(tǒng)開(kāi)銷，高效的任務(wù)管理保證了對(duì)外部事件快速、確定的反應(yīng)。VxWorks I/O 體系結(jié)構(gòu)甚至還支持在一個(gè)單獨(dú)的 VxWorks 系統(tǒng)上同時(shí)并存幾個(gè)不同的文件系統(tǒng)。在伺服和接口模塊中都有 DPRAM 的共享端口掛在 VME 總線上，和主機(jī)共享 DPRAM 存儲(chǔ)器，通過(guò)內(nèi)部協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制。32MHz 時(shí)鐘經(jīng) CY7B991倍頻到 64MHz 后經(jīng) CY7C960 提供時(shí)鐘。主機(jī)通過(guò)局部總線與從1，從 2 和 MBI 模塊互連，主機(jī)是局部總線的主設(shè)備，而從 1 和 MBI 僅僅是局部總線的設(shè)備 數(shù)據(jù)處理單元各模塊硬件構(gòu)成PowerMBI 模塊以 CPU PowerPC（MPC860）處理單元為中心，外加MILSTD1553B 協(xié)議處理單元、VME 總線接口、離散量和串行口幾部分組成。對(duì)窗口的一切操作的響應(yīng)由被嵌入應(yīng)用的 part 對(duì)象來(lái)完成，而類 DocView 結(jié)構(gòu)只負(fù)責(zé)顯示和保存數(shù)據(jù)即可。HTML 的標(biāo)記和屬性統(tǒng)稱為 HTML 的關(guān)鍵字。由于處理機(jī)采用嵌入式系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)軟件的自加載，通常情況下不需要人工干預(yù)。： 完成 Boot ROM image 的初始化和控制。：PowerPC 的嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)27匯編語(yǔ)言文件，程序員可以把自己的匯編函數(shù)放在這個(gè)文件里，在上層調(diào)用。完全的，連結(jié)后帶有符號(hào)表的 VxWorks 二進(jìn)制文件。任務(wù)的處理為了滿足實(shí)時(shí)性的要求，都是通過(guò)中斷引起的，并且根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)的高低而設(shè)置相應(yīng)的中斷優(yōu)先級(jí)。第五章 結(jié)論與展望MPC860 有強(qiáng)大的資源，可以在外圍電路不復(fù)雜的情況下實(shí)現(xiàn)多路總線通信。通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電壓/頻率、負(fù)載優(yōu)化分布等，可有效降低功耗。整個(gè)調(diào)試時(shí)間在 2 個(gè)小時(shí)以上，以驗(yàn)證軟件穩(wěn)定性。處理器狀態(tài)觀察：附錄在上述操作時(shí)，會(huì)生成一個(gè)處理器狀態(tài)窗口，指明各 SHARC 運(yùn)行程序及運(yùn)行狀態(tài)：0，4 SHARC 工作正常，其余 3 個(gè)有異常狀態(tài)發(fā)生。如仍有相同錯(cuò)誤發(fā)生，請(qǐng)照單板調(diào)試的過(guò)程檢查電路板，如有問(wèn)題，請(qǐng)更換相應(yīng)電路板，如沒(méi)問(wèn)題再上電調(diào)試，仍有錯(cuò)誤則請(qǐng)教設(shè)計(jì)人員。一般情況下，是發(fā)生錯(cuò)誤的 SHARC 所在處理板或后續(xù)與之發(fā)生連接關(guān)系的處理板故障。點(diǎn)擊 windowNT 開(kāi)始菜單/程序/VME Operations/VME Operations File/Local Chassis Asynchronous Event and VME Interrupt Monitor,然后將 VME Interrupt 3 按鈕壓下得到如下圖：在程序正常工作時(shí)，除系統(tǒng)校準(zhǔn)，GM_WX 工作狀態(tài)外，VME Interrupt 3 對(duì)應(yīng)的 Count 將不斷累加。參考文獻(xiàn)江南大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院?？普撐腫1] [M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1995.[2] [美] Gee .機(jī)載雷達(dá)導(dǎo)論[M].北京：電子工業(yè)出版社，2022.[3] [美]Merrill [M].北京：電子工業(yè)出版社，2022.[4] 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)詳解 [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2022. [5] [J]. 北京：?jiǎn)纹瑱C(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用雜志社，2022 年 7～12.PowerPC 的嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)31致謝本文是在陳璟老師的指導(dǎo)下完成的，通過(guò)老師的指導(dǎo)我感覺(jué)受益匪淺，學(xué)到了一些寫作規(guī)范和技巧，在理論及寫作上給與我?guī)椭?，在此感謝老師的辛勤指導(dǎo)。本設(shè)計(jì)以 MPC860 作為通信和控制的核心部件配以 VxWorks 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)組成的嵌入式系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)試，已成功地用于某型雷達(dá)上，效果良好，實(shí)時(shí)性很好，很好地滿足了系統(tǒng)的要求。主機(jī)模塊通過(guò) VME 總線共享PowerMBI 模塊的雙口 RAM（DPRAM） ，根據(jù)協(xié)議要求，寫入特定的命令和數(shù)據(jù)，然后發(fā)送中斷，PowerMBI 模塊一接收到中斷，則開(kāi)始從 DPRAM讀入命令，解析之后分發(fā)給相應(yīng)的任務(wù)處理軟件模塊進(jìn)行處理：如解析出要求 PowerMBI 模塊進(jìn)一步初始化、開(kāi)始或停止工作，則進(jìn)行相應(yīng)的操作。在這基礎(chǔ)上又加了一些必要的自己作的初始化，如一些基本寄存器的設(shè)置、并行 I/O的設(shè)置、SCC 和 SMC 的初始設(shè)置。包含一些系統(tǒng)相關(guān)的函數(shù)例程，提供了一個(gè) boardlevel 的接口，VxWorks 和應(yīng)用程序可以以 systemindepent 的方式生成。目錄 target/config/ps/src：涉及系統(tǒng)核心的內(nèi)容，主要由 target/config/all 中的 中函數(shù)調(diào)用? 目錄 target/config/bspname：包含系統(tǒng)或者硬件相關(guān)的 BSP 文件。在先期開(kāi)發(fā) BSP 時(shí)要對(duì)系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)清楚，也就是對(duì) CPU 及相關(guān)的硬件有所了解，主要是 32 位微處理