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1、PowerPC架构及在vxworks下的开发,报告人 : miko,powerPC概述 MPC8260架构及编程设计 其它类型powerPC CPU,powerPC概念,IBM 于1990年推出基于RISC系统、运行AIX V3的新产品线RS/6000。该系统架构后来被称为POWER(POWER1)，意为增强RISC性能优化(Performance Optimization With Enhanced RISC)架构。 PowerPC 中的 PC 代表 performance computing。PowerPC 源自于 POWER 体系结构，在 1993 年首次引入。 PowerPC是早期Mo
2、torola和IBM联合为Apple的MAC机开发的CPU芯片,商标权同时属于IBM和Motorola,并成为他们的主导成品.IBM主要的PowerPC产品有PowerPC604s(深蓝内部的CPU), PowerPC750, PowerPCG3(1.1GHz),PowerPC970. Motorola主要有MC和MPC系列.尽管他们产品不一样,但都采用PowerPC的内核.这些产品大都用在嵌入式系统中. 从最初的 PowerPC 体系结构的开发开始，就根据特定的市场需求而发生分支。当前，PowerPC 体系结构家族树有两个活跃的分支，分别是 PowerPC AS体系结构和 PowerPC B
3、ook E体系结构。PowerPC AS 体系结构是 IBM 为了满足它的 eServer pSeries UNIX 和 Linux 服务器产品家族及它的 eServer iSeries 企业服务器产品家族的具体需要而定义的。PowerPC Book E 体系结构，也被称为 Book E，是 IBM 和 Motorola 为满足嵌入式市场的特定需求而合作推出的。,PowerPC架构发展史,由于PowerPC是早期Motorola和IBM联合为Apple的MAC机开发的CPU芯片,商标的使用权同时属于Motorola和IBM，这就是为什么两家公司都有PowerPC处理器的原因所在。由于共用品牌加
4、上各自产品的型号命名方式的差异，所以PowerPC处理器的型号标示法比x86处理器的频率标示法复杂得多。,G0系列(只是为了表示方便，非正式 的官方名称) 最早的Motorola MC68000/ MC68HC000/ MC68020 /MC68030/ MC68LC040是Motorola自家的16bit CPU，不属于PowerPC处理器架构，我们姑且称为G0. 图1是MC68000，苹果第一台“便携式电脑”Macintosh Portable(1989年9月)所使用的处理器 ; 图2是MC68030的两个版本，最早使用在1991年10月推出的PowerBook 140上.,MC68000
5、处理器,MC68030处理器,Power mac6100,G1 系列(只是为了表示方便，非正式的官方名称) 1991年，IBM和Motorola开始共同合作研发和生产PowerPC系列处理器，PowerPC 601/601+是最早采用32bit的PowerPC架构处理器，PowerPC 601处理器，是与苹果共同开发的第一代 PowerPC 系列中的第一个芯片. PowerPC 601 的首次面世是在 1994 年最早的 PowerMac 6100 中，其主频为 66 Mhz。,图为：PowerPC 603e处理器,G2 系列(只是为了表示方便，非正式的官方名称) PowerPC 603/60
6、3e/603ev /604/604e我们姑且称为G2。 1995年8月，苹果公司推出首款基于Power架构的笔记本电脑 PowerBook 500，它采用IBM的 PowerPC 603e 处理器。 最后一代使用PowerPC 603ev的苹果笔记本电脑是1997年2月推出的PowerBook 3400 .,IBM生产的PowerPC 750处理器,G3 系列 首次面世是在 1998 年，PowerPC 740 和 PowerPC 750 与 604e 非常类似 , PowerPC 740/750 是世界上第一组基于铜的微处理器 ，当它用于 Apple 计算机时，通常称为 G3 ，工作频率为
7、400 MHz。由于使用了铜芯片技术，处理性能提高了近1/3。 32 位的 PowerPC 750FX 在 2002 年发布时其速度就达到了1GHz。 IBM 随之在 2003 年又发布了 750GX，它带有 1MB 的 L2 缓存，速度是 1GHz，功耗大约是 7 瓦。,Motorola生产的MPC 7400处理器,G4 系列 Motorola PowerPC MPC74XX系列被苹果官方正式命名成G4. 随着中央处理单元（CPU）研发技术的飞速发展，越来越多的厂商在通用型CPU中加入DSP指令，使得CPU也具有了时间确定性以及数据处理能力强的优点。PowerPC的G4系列处理器通过加入Al
8、tiVec技术(也就是后来的Velocity Engine/极速引擎)，已经具有了4G FLOPS的处理能力，大大超过了普通DSP芯片的处理能力。,IBM生产的PowerPC 970处理器,G5 系列 下图是IBM生产的PowerPC 970处理器(也就是被苹果称为G5的64bit处理器)，右边的Power PC 970 FX是X Serve G5使用的处理器，左边的则是PowerMac使用的，主频从1.6GHz到2GHz. 64 位的 PowerPC 970，是 POWER4 的一个单核心版本，可以同时处理 200 条指令，其速度可以超过 2GHz，而功耗不过几十瓦。 PowerPC 970
9、一共具有12个执行单元，包括两个载入/存储单元，两个FXU单元，两个单/双精度浮点单元，两个整数单元和一个SIMD矢量引擎。 此外，改进的VMX(Vector Multimedia Extensions矢量多媒体扩展指令集)引擎较G4处理器有了更高的执行效率，这个引擎与Motorola的Altivec引擎一样，属于IBM与Motorola共同开发的产物，都具有162条SIMD指令。,PowerMac G5 基本硬件架构： 双通道DDR400内存 AGP 8X显卡 Serial ATA硬盘 支持DVD-R/CD-RW光驱 802.11g高速无线网络 千兆以太网 总线： 64位PCI-X系统总线
10、I/O接口： 整合Firewire 800和USB 2.0 接口，前者也就是IEEE1394的升级版IEEE1394b，它的接口速率高达800Mbps 操作系统： OS X操作系统 (UNIX),PowerMac G5,PowerPC的特点(优势),PowerPC 处理器是RISC嵌入式应用的理想基础平台。从一开始，革命性的可扩展PowerPC 体系结构就是为满足解决方案（从台式机CPU，到高性能、高度集成的嵌入式MPU）的不同需求设计的。PowerPC 处理器提供极具吸引力的性价比、扩大的运行温度范围、多处理功能、高集成度，它的指令在整个产品线中兼容，并提供最广泛的开发工具选择。 Power
11、PC处理器优势 优势一：MIPS/MHz 性能 选择Power架构的原因是因为它每兆赫兹的MIPS 比Renesas SH 和 ARM高. ARM 大概是 1.1 MIPS/MHz SH4A 大概是 1.8MIPS/MHz Power Architecture 是大于2.0MIPS/MHz MPC8349E : 1260 MIPS 667 MHz MPC8548E：3065 MIPS at 1333 MHz 优势二：功耗 PowerQUICC最大功耗范围：2 8瓦 设备能可靠稳定运行在： -40-105 随着温度的升高，性能不会改变,优势三：稳定性，可靠行 Powerpc架构具有很强稳定性能，
12、高可靠性 更长的产品寿命周期（通常 10到 15年以上） 苛刻条件下，芯片具有很强健壮性，适合工业级应用 优势四：软件兼容性 软件可移植，从低端到高端器件，软件代码具有再使用能力 完整功能的组合：Ethernet, USB, PCI 优势五：芯片性能可选范围大 从低端到高端都有芯片可以选择 最低主频率50MHZ,133MHZ,266MHZ,最高可以达到几GHZ 返回,MPC8260处理器的结构与编程,MPC8260处理器是由Motorola提供的PowerPC系列处理器.它由两个内核即PowerPC 603e和通信处理模块CPM专用内核组成.由于CPM分担了嵌入式PowerPC核的外围工作任务
13、，这种双处理器体系结构功耗要低于传统的体系结构的处理器。 基本功能模块 MPC8260有3个主要的组成部分:嵌入式PowerPC内核,系统接口单元SIU和通信处理模块CPM. SIU的主要功能包括PowerPC到本地总线的桥接,存储控制器,总线接口(提供60 x总线到CPM的接口,L2/Cache接口,实时时钟),以及系统功能如配置,保护,复位,时钟同步,电源管理等. CPM是高性能的通信处理器(CP)模块,其中包括一个32位的RISC微控制器(可认为是除内核外的另外一个CPU),分担了底层的通信处理,使PowerPC核可以主要进行高层操作.两个CPU之间通过内部存储空间进行联系. CPM同时
14、支持3个快速的串行通信控制器(FCC),2个多通道控制器(MCC),4个串行通信控制器(SCC),2个串行管理控制器(SMC),一个串行外围接口(SPI)和一个I2C接口.,Mpc8260基本功能模块,内核603e的组成 PowerPC-603ePowerPC处理器包括16KB的命令和数据缓存以及命令和MMU单元.603e在100MHz时可以达到140MIPS(兆指令每秒),在200MHz时可以达到280MIPS. 其主要特点有: (1) EC603e微处理器(嵌入式PowerPC内核)运行频率为133300MHz; (2) 280MIPS 200MHz; (3) 高性能超标量体系结构微处理器
15、; (4) 支持Motorola的外部L2缓存芯片(MPC2650); (5) 改良的低功耗内核; (6) 16KB数据和16KB指令缓存 (7) 存储管理单元,SIU的结构 SIU各部分组成和功能如下: (1) 60 x bus-to-Local Bridge:允许603e在本地总线上访问; (2) 内存控制器:支持12个memory bank. (3) 总线接口单元:提供60 x总线到CPM的接口; (4) L2 Cache接口:提供到L2Cache的简单接口; (5) 实时时钟. 提供的系统功能: (1) 保护:硬件和软件看门狗; (2) 复位:复位和监视; (3) 时钟同步:根据外部时
16、钟振荡器产生内部时钟; (4) 电源管理; (5) JTAG:测试接入端口.,CPM的模块结构 MPC8260高性能通信处理模块(CPM)运行频率133MHz或166MHz,包括了MPC8260中的所有通信组件,提供3个FCC,2个MCC,4个SCC,2个SMC,1个SPI和一个I2C,其主要特点有: (1) PowerPC和CPM可以工作在不同频率; (2) 支持串行比特率710Mbit/s 133MHz; (3) 并行I/O寄存器; (4) 片内24KB双口RAM; (5) 两个多通道控制器(MCC),每个支持128条全双工的64kbit/s HDLC线; (6) 虚拟DMA功能; (7) 双总线结构:1个64位PowerPC和1个32位本地总线; (8) 2个UTOPIA二级主/从端口,均支持多PHY
