MPC755是Freescale公司開發的PowerPC系列微處理器中具有卓越性能的G3代產品。本文介紹了以MPC755為核心的嵌入式計算機系統的結構框架、主要芯片、地址空間分配、實現難點，以及系統的調試方法和啟動過程。該嵌入式系統處理能力優越，內核最高處理能力可達733MIPS，可用于語音處理、路由器、無線接入、VoIP、軟交換等。

    伴隨著信息化時代的來臨，嵌入式系統在通信中的應用越來越廣泛，人們對帶寬的需求越來越高，而新業務要求嵌入式系統具備更強的處理能力。本文以MPC755為核心，構建了一個功能強大、高度模塊化、實時性強、具備高度可擴展性的嵌入式計算機系統，可用于語音處理、路由器、無線接入、VoIP、軟交換等眾多場合。因為MPC755具有并行執行數條指令、簡單指令的快速執行、流水線操作等優點，所以該系統處理能力優越，內核最高處理能力可達733MIPS。通過主/PCI橋MPC107擴展了多種通訊協議處理接口，符合多種RTOS(實時操作系統，如VxWorks、嵌入式Linux等)對其運行平臺的要求。
圖1：MPC755結構框圖。

MPC755處理器

    MPC755是一種32位超標量微處理器，遵循了PowerPC處理器架構，有著與PowerPC完全相同的指令集。芯片集成了6個獨立的執行單元(2個整數單元、1個加載/存儲單元、1個雙精度浮點單元、1個系統寄存器單元和1個跳轉處理單元)，在一個時鐘周期內最多可以同時執行6條指令。

    MPC755內嵌了獨立的32K字節指令和數據高速緩存，以及指令和數據內存管理單元(MMU)。L2 Cache(二級高速緩存)控制單元最大可外接1M字節SRAM，用作二級高速緩存。總線接口單元向外引出60X總線，可以外接具有60X總線的設備。當內核工作在400MHz時，性能高達733MIPS。MPC755還包含了一個性能監視器、一個遵循IEEE1149.1標準的JTAG調試接口、以及溫度管理單元等(MPC755功能結構見圖1)。

    MPC755在引腳定義和軟件代碼上都向下兼容，核心電壓為2.0V，I/O電壓3.3V/1.8V可選。MPC755內核的最高頻率是400MHz。系統時鐘通過SYSCLK0引腳輸入，經過PLL電路倍頻，產生內核時鐘，即主頻。引腳PLL_CFG[0:3]在系統上電時的配置值(本設計中是0b'1010) 決定了倍頻系數。

系統總體設計

    圖2是基于MPC755的嵌入式計算機的系統框圖。由圖可見，MPC755的接口擴展主要依賴于主/PCI橋--MPC107。MPC755本身只外接了二級緩存，以提高系統性能。而其它接口都從MPC107引出，包括一個串口，一個10M/100M自適應網口，I2C口等。串口和網口符合多種RTOS對運行平臺的要求，且在硬件上滿足了嵌入式系統的兩種主要調試手段(串口調試和以太網調試)，應用開發相當容易。PMC槽使系統具備較強的現場可擴展性，可滿足不同的應用需求。
圖2：基于MPC755的系統框圖。

1. MPC107

    MPC107是Freescale公司開發的一種高性能、高帶寬的PCI橋接芯片。圖3顯示了MPC107的基本結構。MPC107一側是60X總線接口，總線寬度32位/64位可選，最高頻率100MHz，另一側是PCI總線接口。芯片內部集成了存儲器控制器、DMA控制器、可編程中斷控制器、4個定時器、I2C控制器、消息單元(I2O)、PCI仲裁器、看門狗電路、動態電源管理單元，PCI總線性能監視單元、JTAG接口等。

    存儲器控制器共有12個片選空間，其中8個RAM片選空間，CS[0:7]。每個片選空間的時序可編程，可支持FPM DRAM、EDO DRAM或SDRAM，最大可外接1GB RAM。另4個是ROM片選空間，RCS[0:3]，支持8位、32位、64位接口寬度，最大可外接144MB ROM。

2. 存儲器

    本系統在CS0空間中擴展128MB的SDRAM，用5片256M位(16M(16位)SDRAM拼成，其中一片用作ECC，其余4片用作系統內存。

    Flash選用了Intel公司的28F016S3，2M字節。因為系統啟動時，必須從RCS0上的設備讀取啟動代碼，因此，Flash的片選連接到RCS0上。

    At24C04是512字節的EEPROM，通過I2C總線連接到MPC107，用于存儲系統信息，例如，產品名稱、版本號、網口的物理地址等。
圖3：MPC107結構框圖。

    二級高速緩存選用了IDT公司的IDT71V35761，每片128K(36位，共2片，組合成128K×72位，其中64位是數據線，另外8位是校驗信號。芯片的最高頻率為200MHz。二級高速緩存的使用極大地提高了系統性能，使MPC755如虎添翼。

3. 串口

    TL16C550是RS-232串口控制芯片，接在RCS1空間，MAX3221是電平轉換芯片。串