本文研究并设计了基于PCI/cPCI(Peripheral Component Interconnection/Compact PCI)(的高速媒体网关MGC�烳ultimedia Gateway Controller)系统。本媒体网关能在E1／T１(2.048 Mbps)时分多工TDM(Time Division Multiplexｕ)多时槽(time slot)数据与100Mbps以太网的IP包之间进行高速数据交换。

在系统设计上，采用了软硬件并发设计Codesign的思想。在设计硬件系统的同时，着手研究并设计相应的软件系统。这样，在硬件系统设计完成后，软件系统也就基本就绪了。这样做的好处是：加快了系统总体设计进度，减少了软硬件的相互依赖。

１ 硬件系统设计

在硬件系统总体设计上，采用了自顶向下(Ｔop－down)设计技术。即先设计系统总体方案；然后将系统划分成一个个功能模块，再详细设计各个子系统；最后将各功能模块有机地连接起来做系统优化。

本媒体网关系统由九部分组成。MPC860TＴ处理器处于核心位置，其他几部分围绕ＣＰＵ展开。应该指出的是，ＰＣＩ／ｃＰＣＩ子系统的ＰＣＩ总线控制器ＰＣＩ９０５４也能控制局部总线(ｌｏｃａｌ ｂｕｓ)。当ＰＣＩ９０５４从ＣＰＵ取得局部总线控制权后，处于核心地位，ＰＣＩ总线主控设备通过ＰＣＩ９０５４访问本地资源。系统总体框图如图１所示。

１．１MPC860T处理器

ＭＰＣ８６０Ｔ处理器是媒体网关的核心部件。它是１９９９年由Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司推出的基于ＰｏｗｅｒＰＣ ＱＩＣＣＴＭ(Ｑｕａｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)构架的高性能通信处理器，其内核为ＰｏｗｅｒＰＣ ＲＩＳＣ处理器。由于其超强的通信处理能力(６６ＭＨｚ的ＭＰＣ８６０Ｔ吞吐量为８７ＭＩＰＳ)及多协议处理能力(支持ＩＥＥＥ８０２．３、ＡＴＭ、ＡＴＭ ｏｖｅｒ Ｔ１／Ｅ１、ＴＤＭ、ＳＳ７、ｘＤＬＣ等)，ＭＰＣ８６０Ｔ系列ＣＰＵ广泛应用在高端通信领域。

ＭＰＣ８６０Ｔ是一个全静态设计的ＲＩＳＣ处理器，具有３２位地址总线和３２位数据总线(支持动态的８、１６、３２位数据总线读写)。其有以下特点：

·四个串行通信口ＳＣＣ(Ｓｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)，二个串行管理通道ＳＭＣ(Ｓｅｒｉａｌ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ)��

·一个基于媒体独立接口ＭＩＩ(Ｍｅｄｉａ－Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ)的快速以太网控制器ＦＥＣ(Ｆａｓｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)

·双向地址、数据和控制总线，支持总线仲裁。

上面只列出了与本媒体网关系统紧密相关的MPC860T资源，更多的信息请参看文献�煟薄�２。

１．２ 以太网接口设计

本系统设计了两个以太网口：基于ＭＩＩ的１０Ｍｂｐｓ／１００Ｍｂｐｓ自适应快速以太网接口和基于ＳＣＣ的１０Ｍｂｐｓ以太网接口。ＦＥＣ固定使用ＭＰＣ８６０Ｔ的并行输入输出端口Ｐｏｒｔ Ｄ，所以ＳＣＣ不能使用这些引脚资源(同时也没有并行端口ＰＤ)。因此，在ＭＰＣ８６０Ｔ资源的利用上要合理安排和综合考虑。以太网接口电路如图２所示。

１．３ 存储器电路设计

MPC860T内部存储器管理单元ＭＭＵ�煟停澹恚铮颍� Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ�牶屯ㄓ猛鞠撸牵校蹋煟牵澹睿澹颍幔欤�Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｌｉｎｅ�牽梢灾苯恿�到Ｆｌａｓｈ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ和ＳＤＲＡＭ上。本系统设计了８ＭＢ(一个Ｉｎｔｅｌ ２８Ｆ６４０芯片；当使用Ｉｎｔｅｌ ２８Ｆ３２０和Ｉｎｔｅｌ ２８Ｆ１６０时，Ｆｌａｓｈ的容量分别为４ＭＢ和２ＭＢ；它们引脚兼容)的Ｆｌａｓｈ和１６ＭＢ的ＳＤＲＡＭ(最多可扩展至３２ＭＢ)。

Ｆｌａｓｈ用于存储嵌入式操作系统ＥＯＳ�煟牛恚猓澹洌洌澹� Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ�牶鸵恍┲匾�的配置数据。由于ＭＰＣ８６０Ｔ的ＣＳ０信号是为选择系统启动地址用，故将它连到闪存上。

对于ＳＤＲＡＭ，情况要复杂一些。本系统设计了２组ＳＤＲＡＭ(每组为２片ＨＹ５７Ｖ６５１６２０Ｂ)，它们分别受ＣＳ１和ＣＳ２控制。ＳＤＲＡＭ在地址信号上采用分次传送行地址和列地址的方式，因此用２片ＨＹ５７Ｖ６５１６２０ＢHY57V651620B(１２×８结构；内有４个Ｂａｎｋ)实现１６ＭＢ内存时，ＭＰＣ８６０Ｔ先送出行地址Ａ１８～Ａ２９，再送出列地址Ａ１０～Ａ１７(这些信号不直接连到ＳＤＲＡＭ上，在ＭＰＣ８６０ＴMPC860T内部实现)。由于ＳＤＲＡＭ芯片内部的四个内存组需要另外两个地址信号Ａ８～Ａ９，因此总的地址信号为Ａ８～Ａ２９(ＭＰＣ８６０Ｔ的最低地址位为Ａ３１；最低数据位为Ｄ３１)。

１．４ 时分多工(TDM)电路

本系统设计的时分多工数据交换由ＭＴ８９Ｌ８０MT89L80和ＭＴ９０８２３MT90823实现。这两个芯片都是Ｚａｒｌｉｎｋｓ公司生产的ＴＤＭ芯片，它们的作用完全一样。使用两个芯片是系统设计上的技巧。当其中一个芯片不可获得时，启用另外一个芯片。因此在实际安装时，只使用其中一个(它们的交换容量不一样)。电路如图３所示。

按照Ｈ１１０总线规范，从Ｈ１１０连接器到交换单元之间必须有隔离电路。这一点容易被忽略。另外，本地时钟要求与网络参考信号同步。

１．５ PCI/cPCI电路

这部分电路是媒体网关的关键电路。媒体网关通过PCI/cPCI接口(与ＰＣＩ２．２规范兼容)电路与主机或其它PCI/cPCI功能模块进行快速的数据交换，电路如图４所示。 PCI/cPCI电路在设计上比较复杂，调试起来也很费力(需要驱动程序的支持)。下面对其设计要点作分析：

(１)设计的可重用性。由于ＰＣＩ与ｃＰＣＩ在信号上是完全兼容的(但在物理尺寸及信号排列上各不相同)，所以在原理图设计时，这两者"同时存在"。但在实际的ＰＣＢ版图设计，根据需要只选择其中一个。

(２)热插拔功能。该功能使媒体网关可以随时拔下来更换或做测试。这对系统的调试非常方便。热插拔需要预充电、电源检测和电源软切换等支持；

(３)防电磁波反射及预充电电阻网络。由于ＰＣＩ总线工作在高频状态下(３３ＭＨｚ)，因此ｃＰＣＩ引脚到ＰＣＩ桥之间必须串接１００Ω左右的电阻。在ＰＣＩ／ｃＰＣＩ的电源引脚端，至少要有一个交流回路(对地并联一个去耦电容)。预充电电阻网络为ＰＣＩ桥芯片提供一个从静态到正常工作的缓冲过程。 ２ 软件系统设计精要
软件系统包括：对嵌入式操作系统ＥＯＳ(Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ)的裁剪以适合嵌入式应用、ＰＣＭＣＩＡ驱动程序的设计、ＰＣＩ驱动程序及应用程序的设计、ＴＤＭ驱动程序及应用程序的设计等。

驱动程序是应用程序与软件进行数据交换的媒介，是操作系统(这里指主机ＯＳ而不是媒体网关的ＥＯＳ)的信任部分，其好坏及性能将直接影响到ＯＳ的稳定性及性能。图５表明了应用程序、驱动程序与ＯＳ之间的关系。

在设计驱动程序时，首先利用ＫｅｒｎｅｌＤｒｉｖｅｒ５．０的驱动程序设计向导完成驱动程序源代码的设计(含安装信息文件�潱�ｉｎｆ)；然后调用Ｃ／Ｃ＋＋语言工具(如微软的Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋ ６．０)设计、修改和编译上述源程序以生成系统文件(�潱�ｓｙｓ)。同时，安装信息文件也必须编写和修改以使其中的信息与实际的安装程序一致。编译后的驱动程序还必须经安装测试以证实其安全性、稳定性和可靠性。
驱动程序设计完成后还必须设计相应的应用程序以调用该驱动程序。这一点相对比较简单。

３ 系统设计中的一些关键问题

在硬件上，主要有四个问题：ＳＤＲＡＭ地址信号的连接；ＰＣＩ上的Ｐｒｅｓｅｎｔ１和Ｐｒｅｓｅｎｔ２信号至少要有一个接地；必须安装防电磁波反射电阻；ＰＣＩ９０５４的Ｅ２ＰＲＯＭ必须安装并正确配置。第１、３问题在硬件系统设计部分已讨论过；第２个问题决定系统板的电源功耗，如果两个信号都是"１"，则表示ＰＣＩ卡没有正确插入到ＰＣＩ槽中；第４个问题中，Ｅ２ＰＲＯＭ至少要配置成ＰＣＩ９０５４的默认工作方式(可以通过ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ等工具做实时修改)。 在软件设计上，主要有两个问题：安装信息文件必须修改及驱动程序的分发。当分层式驱动程序安装编译并测试完成后需要在没有ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ软件环境下安装和使用时，必须在目标机器上注册ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ插件以使安装程序能正确运行(如：ＷＤＲＥＧ ＩＮＳＴＡＬＬ)。

本文在充分利用ＭＰＣ８６０ＴMPC860T资源的基础上设计了一种基于ＰＣＩ／ｃＰＣＩ的媒体网关系统。该系统运行良好，总体性能优越。经适当的调整和修改，该设计也可以应用于基于ＭＰＣ８６０系列ＣＰＵ的系统。