基于CPCI总线的PowerPC主处理板设计

　　0 引言

　　Compact PCI(简称CPCI)总线是“PCI总线工业计算机制造商组织”推出的一种工业计算机总线标准，近年来应用发展最为迅速。它由PC机上的通用总线PCI发展而来，既有PCI总线的高带宽、高性能、即插即用、价格低廉等诸多优点，又有无源背板总线VME总线的可靠性。CPCI总线在33MHz时钟、32位数据宽度的条件下可达到峰值132MB/s的带宽，在66MHz时钟、64位数据宽度的条件下可达到峰值528MB/s的带宽。

　　PowerPC是1993年IBM、Apple和Motorola公司(其半导体部门现在分拆为Freescale公司)联盟共同设计的。PowerPC技术以RISC(精简指令集计算机)为基础，该技术由IBM的POWER(性能优化的增强RISC)体系结构而来。PowerPC中的PC代表Performance Computing，PowerPC即超强的高性能计算处理器。因PowerPC芯片具有高性能和低功耗的特点，主要应用于嵌入式系统。

　　1 系统结构

　　主处理板的系统结构框图见图1。主要由四部分组成：电源转换功能模块、PowerPC功能模块、外围接口(RS232串口、以太网口及PMC扩展接口)功能模块、CPCI总线(PCI-to-PCI桥)功能模块。

　　2 硬件设计

　　2.1 电源转换功能模块

　　电源设计在整个硬件设计中非常重要，好的电源设计才能保证主处理板正常稳定的工作。硬件上设计有4种电源：主供电电源5V(由外部提供)，PowerPC7410内核电压1.8V，桥接芯片PC107内核电压2.5V，各芯片I/O电压3.3V。

　　采用LINEAR公司的DC/DC开关电源模块实现主供电电源5V到1.8V、2.5V和3.3V的电压转换，每路最大输出电流10A。该DC/DC电源模块代表了一种面向负载点电源的新型架构，它显著地简化了电源设计工作。它具有很多优秀的特点：高功率、高效率、尺寸小、重量轻、散热性能好等，除此之外，它还具有的一项独特性能是其无时钟延迟电流模式，从而令其能够对负载电流的快速变化迅速做出响应。

　　2.2 PowerPC功能模块

　　2.2.1 处理器

　　处理器采用飞思卡尔公司的PowerPC处理器MPC7410。主处理器通过桥接器MPC107访问板内资源。

　　MPC7410是G4系列的高性能处理器，G4在G3的基础上在性能上有很大提高，主要表现在支持对称多处理器(SMP)结构和引入了一流的Alti-Vec技术来处理矢量运算。AltiVec技术是一个128位的SIMD矢量处理引擎，为第四代PowerPC提供了卓越的处理性能，使其数据处理能力有了数量级的提升。

　　MPC7410内部主频最高为500MHz，每个时钟周期最多可以执行8条指令，其中包括4条矢量运算(AltiVec)指令和2条整型指令。通过加入AltiVec技术，处理能力达到了4G FLOPS。而1.8V的低电压操作大大降低了芯片的功耗，容易散热，从而大大提高了系统的稳定性。