摘要：基于MPC8280的智能串口模塊用于擴展CompactPCI計算機系統(tǒng)的串行通信接口。在模塊設計中，通過使用HB6芯片，實現非透明PCI橋；通過外接收發(fā)電路，實現PowerPC微處理器自帶的四路RS 422接口。該智能模塊具有單獨處理能力，在基于CompactPCI總線的系統(tǒng)中既可作主模塊又可作從模塊。該模塊已經投入使用，在使用過程中性能穩(wěn)定。
關鍵詞：PowerPC；HB6；RS 422；CompactPCI

    隨著嵌入式技術的不斷發(fā)展，微處理器的處理能力大幅提升。嵌入式處理器在通信設備、消費電子、軍用電子等領域的應用越來越廣泛。在軍用電子領域，微處理器的處理速度、功耗及工作溫度更是有嚴格的要求。
    計算機系統(tǒng)中串口模塊智能化已經成為趨勢，為了能夠更好地對各種設備和接口進行控制，逐漸開始在模塊中使用微處理器，并移植嵌入式操作系統(tǒng)進行控制管理。該模塊使用了PowerPC家族中的MPC8280作微處理器，搭配HB6進行了非透明橋設計，并在本板上移植了實時操作系統(tǒng)VXWORKS。

1 硬件設計
    智能串口模塊是基于G2處理器MPC8280的6U尺寸CPCI總線模塊，符合PICMIG2．0R3．O。處理器采用Freescale公司MPC8280，主頻450 MHz，最高處理性能885 MIPS，內嵌高速緩沖器(指令16 KB，數據16 KB)，支持32位整型運算及硬件單／雙精度浮點運算，最大功耗為2．3W；提供板載64位128 MB SDRAM，64位32 MB FLASH，E2PROM等存儲設備。
    I／O接口方面提供了四個串行接口，支持異步／同步方式，支持RS 232／RS 422電氣接口標準。其中，異步方式的單口最大速率115．2 Kb／s，同步方式的單口最大速率1 Mb／s(實際性能根據系統(tǒng)負荷決定)；提供一個USB 1．1標準接口，與串行接口4復用信號；提供一個系統(tǒng)控制臺接口，接口符合串行異步RS 232標準，速率為9 600 b／s；提供兩個以太網接口，支持10／100 Mb／s及半／全雙工白適應，接口定義符合PICMG 2．16標準定義。
    CPCI總線接口采用非透明橋設計，使用PCI6254芯片，配置其工作在通用模式下，總線為32 b數據寬度，33 MHz總線時鐘。
    該智能串口模塊最大可提供四個RS 422接口(可跳線選擇為RS 232)，兩個10／100 Mb／s及半／全雙工自適應以太網接口，可滿足大多數軍用計算機系統(tǒng)的通信需求。采用非通明PCI橋設計，使之與主板的通信智能化，可應用于要求苛刻、環(huán)境惡劣的機載、車載、艦載計算機系統(tǒng)中。模塊原理框圖如圖1所示。

1．1 通信接口設計
    MPC8280專為串行通信優(yōu)化而內嵌通信處理器(CPM)。CPM是一個32位RISC通信處理器(CP)，有自己的ROM和RAM，存放著自己的微代碼，它可以為需要通信能力的設備提供一個靈活、完整的解決方案，同時降低系統(tǒng)頻率和能耗。CP提供了多個綜合的通信通道，可以處理低層次的協議。
    CPM模塊提供的對外接口如表1所示。[!--empirenews.page--]
    該模塊將4個SCC設計為RS 422通信接口，其中一個可復用作為USB接口。將一個SMC設計為一個RS 232接口，作為調試控制臺通信使用，如圖2所示。

    該模塊將兩個FCC設計為10／100Mb／s及半／全雙工自適應以太網接口，如圖3所示。

1．2 非透明PCI橋設計
    該模塊在CPCI接口部分采用非透明PCI橋設計，大大增強了使用靈活性，很大程度上簡化了針對本串口板驅動程序的編寫。針對該模塊的板級固件已經完成了對本板上各功能部件的驅動，本板上通信接口由板載的處理器控制，板微處理器通過非透明橋HB6與主板交互信息，并根據主板信息對I／O接口發(fā)起訪問。邏輯圖如圖4所示。
    HB6有三種工作模式：標準透明模式、標準非透明模式、通用模式。通用模式又分為通用非透明和通用透明模式兩種，本板的設計使用通用模式下的通用非透明模式。HB6芯片選擇由硬件配置完成，U_MODE拉高表示工作在通用模式；拉高表示工作在工作在通用非透明模式；XB_MEM拉高表示如果工作在非透明模式時，自動開16 MB空間供主板訪問。為S端的復位輸入，如果該模式下用不到，將其拉高，置在無效狀態(tài)。
    該模塊中，HB6的通信機制用到直接消息中斷、門鈴中斷和內存映射。HB6的P端和S端各開一個內存窗口，經過HB6內部的內存窗口映射機制映射到對方可訪問的地址區(qū)域，并可通過映射譯碼寄存器的設置而變化，從而可使內存映射窗口隨意移動。
    橋兩端的陰影部分基址可以通過改變Upstrearn或者Dowmstrearn相應寄存器的值來進行選擇，從而使橋兩端陰影部分的內存區(qū)域可以分別在各自的內存尋址空間中任意移動，使得P端可通過移動內存窗口訪問S端任意一段內存區(qū)域，反之亦然。
    當橋的一段需要把數據發(fā)送到橋的另一端時，先將需要發(fā)送的數據寫入可供橋另一端讀取的本地內存中，然后引發(fā)橋另一端的消息中斷，以通知其接收數據，橋的另一端保持在空閑狀態(tài)，接收到消息中斷后，立即從相應內存區(qū)域中讀取數據，操作完成后發(fā)門鈴中斷，以通知橋的另一端可以進行下一次操作，然后回到空閑狀態(tài)。需要注意的是傳送數據的格式必須有統(tǒng)一的標準，本模塊的數據塊組織方式是前4個字節(jié)為操作方式，接著4個字節(jié)為傳送數據的長度，該值不包括本身的4個字節(jié)，后面緊接著存放相應長度的數據。

2 結語
    設計了基于PowerPC處理器的智能串口模塊，開發(fā)了VxWorks的BSP。使本板可運行硬實時的Vx-Works操作系統(tǒng)，且在實際測試中運行穩(wěn)定。該模塊可以作為從板在CPCI體系的計算機系統(tǒng)中方便的使用，很大程度上它的智能性簡化了主板驅動的開發(fā)，既可以通過HB6橋同系統(tǒng)中的其他模塊通信，又可以通過網絡與其他模塊構成多點通信，在工業(yè)控制、軍用電子設備、通信設備等領域應用前景極為廣泛。