【正文】 處于低電平，停止相應(yīng)功能單元的時鐘信號從而實現(xiàn)節(jié)省功耗的目的，以下將從 603R 是如何“凍結(jié)”相應(yīng)單元的時鐘信號來討論其動態(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；取指單元每周期可從指令 Cache 取 2 條指令；1個 6 口的指令隊列提供了預(yù)知將來的能力；帶前饋功能的獨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 實現(xiàn)的 24 位定時器的 輸出使能有裝入數(shù)據(jù)的操作控制。 發(fā)送時鐘和接收時鐘是波特率的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 8274 作相應(yīng)的初始化來實現(xiàn)。 + 5V 電源的上電復(fù)位和對電源的監(jiān)測功能由一片 MAX706 完成。3) 外部總線時鐘最高為 66 MHz, CPU 主頻最高為133 MHz。 2） 強大的指令和數(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 個 。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，而不會去查找 GPR0 的內(nèi)容。各實現(xiàn)對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，同時提供了對內(nèi)存管理、異常和中斷、計時器支持和調(diào)試支持等各方面的系統(tǒng)級擴展。當(dāng)前，PowerPC 體系結(jié)構(gòu)家族樹有兩個活躍的分支，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 實現(xiàn)的用戶指令和寄存器的基本集合。PowerPC 有較高的時鐘頻率和功能強大的處理核，更適合于后端數(shù)據(jù)處理。設(shè)計中采用了 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 存儲器，1553B 航空總線等功能模塊，使用嵌入式實時操作系統(tǒng) VxWorks 進行軟件任務(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立工作的“器件” ，用于實現(xiàn)對其它設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。PowerPC 體系結(jié)構(gòu)分為三個級別（或者說是“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、特權(quán)計時器訪問的函數(shù)。雖然三種體系結(jié)構(gòu)主要在操作系統(tǒng)級別上表現(xiàn)出不同，但它們在很大程度上具備應(yīng)PowerPC 的嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計3用級的兼容性PowerPC 最初定義了同時對 32 位和 64 位實現(xiàn)的支持，可以讓 32 位的應(yīng)用程序運行于 64 位系統(tǒng)之上。所有存儲都可以字節(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，所有實現(xiàn)都有 32 個 GPR（從 GPR0 到 GPR31） 。對 FPSCR 的訪問要通過 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 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 發(fā) 方 面 提 供 巨 大 的 潛 力 并 縮 短 開 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) 五個獨立的可執(zhí)行單元和兩個寄存器組可執(zhí)行單元有: 分支處理單元、整型處理單元、浮點處理單元、裝入/ 存儲處理單元和系統(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 具有四個相連的頁, cache 采用直接像法, 采用近期最少使用的替換算法。33MHz 的時鐘由時鐘驅(qū)動電路進行驅(qū)動, 為了減小時鐘的漂移, 由專用時鐘驅(qū)動芯片分別為 Power PC603r 和 FPGA 等芯片提供時鐘。（5） SIO功能塊SIO功能塊主要選用多規(guī)程串行控制器 8274 來實現(xiàn) 2 路 RS232 串行接口。 時鐘為 100 kHz, 16 位最大定 時為 655 36 ms, 24 位最大定時為 167 77215s。f. 實現(xiàn) 24 位定時器；g. 產(chǎn)生其它控制信號。動態(tài)功耗管理邏輯會自動操縱時鐘再生器使處于空閑狀態(tài)的功能塊的時鐘關(guān)斷并 v 且禁止寄存器值的改變從而使平均功耗減少，試驗表明使用動態(tài)管理功耗設(shè)計的 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“凍結(jié)”時鐘，比如系統(tǒng)寄存器(SRU)單元，SRU 只有一個單周期的執(zhí)行級但卻管理著許多的寄存器，只有當(dāng)該寄存器被修改時其時鐘才處于有效狀態(tài)，而此時該單元中其他寄存器的時鐘卻保持“凍結(jié)”狀態(tài)。(2) 指令 CACHE 的動態(tài)功耗管理對于指令 CACHE 來說，所有的“猝發(fā)”式或者單拍讀存儲器，動態(tài)功耗管理都會“凍結(jié)”其時鐘。603R 這 3 種低功耗模式之間不能直接轉(zhuǎn)換而必須先進入全功耗模式(內(nèi)部功能單元完全以處理器時鐘速度工作)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)位或者機器檢查信號保持時回到完全供電狀態(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 個串行 DMA (SDMA)通道、三個并行 I/O 寄存器、四個獨立的波特率發(fā)生器（可以連接到任意一個 SCC 和 SMC，并允許運行中改變，支持自動波特率） ，四個串行通信控制器（SCC） （支持以太網(wǎng)、HDLC/SDLC、HDLC 總線） 、兩個串行管理控制器（SMC） （UART 方式或透明傳輸） 、一個串行外圍接口電路（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17個 I2C（InterIntegrated Circuit）接口（支持主從模式，支持多主環(huán)境） 。在存儲器區(qū)，每個通信設(shè)備都有一個發(fā)送 DMA 和接受 DMA，32 位 RISC控制這 16 個串行 DMA 在通信設(shè)備和存儲器之間傳送數(shù)據(jù)。TornadoII 就是為開發(fā) VxWorks 應(yīng)用系統(tǒng)提供的集成開發(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，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)機的情況下，直接開發(fā)系統(tǒng)原型，作出系統(tǒng)評估；功能強大的 CrossWind 調(diào)試器可以提供任務(wù)級和系統(tǒng)級的調(diào)試模式，可以進行多目標(biāo)機的聯(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)的運行，排除錯誤，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，支持所有的實時特性，其設(shè)計減少了系統(tǒng)開銷，高效的任務(wù)管理保證了對外部事件快速、確定的反應(yīng)。VxWorks I/O 體系結(jié)構(gòu)甚至還支持在一個單獨的 VxWorks 系統(tǒng)上同時并存幾個不同的文件系統(tǒng)。在伺服和接口模塊中都有 DPRAM 的共享端口掛在 VME 總線上，和主機共享 DPRAM 存儲器，通過內(nèi)部協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制。32MHz 時鐘經(jīng) CY7B991倍頻到 64MHz 后經(jīng) CY7C960 提供時鐘。主機通過局部總線與從1，從 2 和 MBI 模塊互連，主機是局部總線的主設(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。對窗口的一切操作的響應(yīng)由被嵌入應(yīng)用的 part 對象來完成，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27匯編語言文件，程序員可以把自己的匯編函數(shù)放在這個文件里，在上層調(diào)用。完全的，連結(jié)后帶有符號表的 VxWorks 二進制文件。任務(wù)的處理為了滿足實時性的要求，都是通過中斷引起的，并且根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級的高低而設(shè)置相應(yīng)的中斷優(yōu)先級。第五章 結(jié)論與展望MPC860 有強大的資源，可以在外圍電路不復(fù)雜的情況下實現(xiàn)多路總線通信。通過動態(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。整個調(diào)試時間在 2 個小時以上，以驗證軟件穩(wěn)定性。處理器狀態(tài)觀察：附錄在上述操作時，會生成一個處理器狀態(tài)窗口，指明各 SHARC 運行程序及運行狀態(tài)：0，4 SHARC 工作正常，其余 3 個有異常狀態(tài)發(fā)生。如仍有相同錯誤發(fā)生，請照單板調(diào)試的過程檢查電路板，如有問題，請更換相應(yīng)電路板，如沒問題再上電調(diào)試，仍有錯誤則請教設(shè)計人員。一般情況下，是發(fā)生錯誤的 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。點擊 windowNT 開始菜單/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，除系統(tǒng)校準(zhǔn)，GM_WX 工作狀態(tài)外，VME Interrupt 3 對應(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)開發(fā)技術(shù)詳解 [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2022. [5] [J]. 北京：單片機與嵌入式系統(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31致謝本文是在陳璟老師的指導(dǎo)下完成的，通過老師的指導(dǎo)我感覺受益匪淺，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)計以 MPC860 作為通信和控制的核心部件配以 VxWorks 實時操作系統(tǒng)組成的嵌入式系統(tǒng)，經(jīng)過實際調(diào)試，已成功地用于某型雷達(dá)上，效果良好，實時性很好，很好地滿足了系統(tǒng)的要求。主機模塊通過 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)處理軟件模塊進行處理：如解析出要求 PowerMBI 模塊進一步初始化、開始或停止工作，則進行相應(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 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。在先期開發(fā) BSP 時要對系統(tǒng)底層驅(qū)動清楚，也就是對 CPU 及相關(guān)的硬件有所了解，主要是 32 位微處理