powerPC架构及编程

PowerPC架构及在vxworks下的开发报告人:miko1.powerPC概述2.MPC8260架构及编程设计3.其它类型powerPCCPUpowerPC概念IBM于1990年推出基于RISC系统、运行AIXV3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(PerformanceOptimizationWithEnhancedRISC)架构。PowerPC中的PC代表performancecomputing。PowerPC源自于POWER体系结构，在1993年首次引入。PowerPC是早期Motorola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PowerPCAS体系结构和PowerPCBookE体系结构。PowerPCAS体系结构是IBM为了满足它的eServerpSeriesUNIX和Linux服务器产品家族及它的eServeriSeries企业服务器产品家族的具体需要而定义的。PowerPCBookE体系结构，也被称为BookE，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MotorolaMC68000/MC68HC000/MC68020/MC68030/MC68LC040是Motorola自家的16bitCPU，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”MacintoshPortable(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PowerBook140上.MC68000处理器MC68030处理器Powermac6100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，PowerPC601/601+是最早采用32bit的PowerPC架构处理器，PowerPC601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.PowerPC601的首次面世是在1994年最早的PowerMac6100中，其主频为66Mhz。图为：PowerPC603e处理器G2系列(只是为了表示方便，非正式的官方名称)PowerPC603/603e/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PowerBook500，它采用IBM的PowerPC603e处理器。最后一代使用PowerPC603ev的苹果笔记本电脑是1997年2月推出的PowerBook3400.IBM生产的PowerPC750处理器G3系列首次面世是在1998年，PowerPC740和PowerPC750与604e非常类似,PowerPC740/750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400MHz。由于使用了铜芯片技术，处理性能提高了近1/3。32位的PowerPC750FX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MPC7400处理器G4系列MotorolaPowerPCMPC74XX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AltiVec技术(也就是后来的VelocityEngine/极速引擎)，已经具有了4GFLOPS的处理能力，大大超过了普通DSP芯片的处理能力。IBM生产的PowerPC970处理器G5系列下图是IBM生产的PowerPC970处理器(也就是被苹果称为G5的64bit处理器)，右边的PowerPC970FX是XServeG5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PowerPC970，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。PowerPC970一共具有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(VectorMultimediaExtensions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。PowerMacG5基本硬件架构：双通道DDR400内存AGP8X显卡SerialATA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I/O接口：整合Firewire800和USB2.0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：OSX操作系统(UNIX)PowerMacG5PowerPC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。PowerPC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RenesasSH和ARM高.ARM大概是1.1MIPS/MHzSH4A大概是1.8MIPS/MHzPowerArchitecture是大于2.0MIPS/MHzMPC8349E:1260MIPS@667MHzMPC8548E：3065MIPSat1333MHz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，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PowerPC603e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，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60x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MPC603e内核16K指令Cache16K数据Cache时钟波特率发生器外部I/O口串行DMA和虚拟IDMACP和程序ROM中断控制双口RAM总线桥系统功能块总线接口单元时钟计数器内存控制器2个MCCI2CSPI2个SMC4个SCC3个FCC串行口和时隙指配器60x总线内部总线8个TDM3个MII2个UTOPIA非复用I/O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133~300MHz;(2)280MIPS@200MHz;(3)高性能超标量体系结构微处理器;(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)60xbus-to-LocalBridge:允许603e在本地总线上访问;(2)内存控制器:支持12个memorybank.(3)总线接口单元:提供60x总线到CPM的接口;(4)L2Cache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/sHDLC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;(9)3个MII接口;(10)8个TDM接口(T1/E1),2个TDM口可以无缝链接到T3/E3;(11)内部电压2.0V,I/O电平3.3V;(12)133MHz功耗位2.5W.MPC8260通信处理模块MPC8260内部的CPM模块时高性能的通信处理模块,其中包括一个32位的RISC处理器,分担了底层的通信处理,使PowerPC核可以主要进行高层的操作处理.这两个CPU之间通过内部存储空间进行联系.与通信有关的buffer,寄存器,BD,参数RAM等都存储在内部存储空间里.内部存储空间CPM中有一部分内部存储空间,共128KB,用于存储8260专用寄存器,BD,参数RAM核数据以及一些保留区