mpc8321记录

PowerQUICC II processors

PowerPC系统结构的微处理器

MPC8321 PowerQUICC II Pro 是经济高效的MPC8323E 系列网络通信处理器的一员, 它能满足小型办公室/家庭办公室 (SOHO)、宽带接入、路由器和工业控制等多种应用的需求。与目前的 PowerQUICC 处理器相比,它能提供更好的CPU性能、额外的功能和更快速的接口, 并可满足上市时间、价格、功耗和板上空间等重要要求。

内核复合体
MPC8321 包含一个配置独特的 e300c2 (基于MPC603e)内核。这一版本的 e300 内核没有浮点单元 (FPU),它包括双整数单元和一个修改过的乘法指令。这些结构方面的增强特性允许并行执行更有效的操作,从而显著提高了性能。该内核还包括一个 16 KB 的 L1 指令、数据缓存和 片上内存管理单元 (MMU)。

MPC8321 还包括一个 32 位 PCI 控制器、四个 DMA 通道、一个灵活的本地总线和一个 32 位DDR-1/DDR-2 SDRAM存储器控制器。

QUICC Engine 技术
全新单RISC版本的QUICC Engine通信引擎构成了MPC8321的网络能力核心。QUICC Engine 模块包含几个外设控制器和一个 32 位单RISC控制器。独特的微代码包支持网络地址端口转换 (NAT)、防火墙、 IPsec和高级服务质量 (QoS)。协议支持由该器件的主要动力组件——统一通信控制器 (UCC)提供。五个 UCC 每一个都可以支持一系列通信协议:

  • 三个 10/100 Mbps以太网
  • 高级数据链路控制(HDLC)
  • 四个时分复用(TDM)
  • 二进制同步通信协议(BISYNC)
  • UCC 也可支持 USB 2.0 (全速/低速).

系统接口单元
MPC8321系列包括一个 32位双倍数据传输速率 (DDR)-1/DDR/2 内存控制器、 一个 32位外设组件互联(PCI) 控制器、 一个 16 位本地总线和四个直接存储器存取(DMA)通道。

PowerQUICC® II Pro系列产品比较

  MPC8321 MPC8321E MPC8323 MPC8323E
浮点单元 0
0
0
0
H/W Security No
Sec 2.2
No
Sec 2.2
UTOPIA I/F (8-bit) No
No
Yes
Yes
I2C 1
1
1
1
QMC Support up to 64–ch @ 64kbps
up to 64–ch @ 64kbps
up to 64–ch @ 64kbps
up to 64–ch @ 64kbps
Memory Controller (no ECC) 32-bit 266 MHz DDR1/DDR2
32-bit 266 MHz DDR1/DDR2
32-bit 266 MHz DDR1/DDR2
32-bit 266 MHz DDR1/DDR2
QUICC Engine RISC Units 1
1
1
1
QUICC Engine Freq up up to 200 MHz
up to 200 MHz
up to 200 MHz
up to 200 MHz
以太网 up to 3 - 10/100
up to 3 - 10/100
up to 3 - 10/100
up to 3 - 10/100
PCI 32-bit up to 66 MHz
32-bit up to 66 MHz
32-bit up to 66 MHz
32-bit up to 66 MHz
Local bus 16-bit up to 66 MHz
16-bit up to 66 MHz
16-bit up to 66 MHz
16-bit up to 66 MHz
UART 2
2
2
2
USB USB 2.0 FS/LS
USB 2.0 FS/LS
USB 2.0 FS/LS
USB 2.0 FS/LS
L1 I/D Cache 16KI/16KD
16KI/16KD
16KI/16KD
16KI/16KD
Integer Units 2
2
2
2
TDM I/F up to 4 – 32ch w/QMC
up to 4 – 32ch w/QMC
up to 4 – 32ch w/QMC
up to 4 – 32ch w/QMC
封装类型和焊端数 516-PBGA
516-PBGA
516-PBGA
516-PBGA
e300c2 e300c2
e300c2
e300c2
e300c2
up to 333 MHz up to 333 MHz
up to 333 MHz
up to 333 MHz
up to 333 MHz

1、结构框图

mpc8321记录_第1张图片

芯片主要的特征如下

1)e300c2 Power Architecture™ processor core
(e300c2powerPC™处理器核心)
高性能,具有一四级流水线的超标量处理器核心和低中断
延迟时间
•双整数单位,负载/存储,系统寄存器,分支处理单元
16K字节指令高速缓存和16字节的数据缓存和锁定功能
动态电源管理
•增强硬件程序的调试功能
软件实现技术与飞思卡尔的处理器家族power架构兼容
•独立的锁相环,由系统总线时钟提供时钟
2)QUICC引擎1.0block
-对通信外设灵活支持32位RISC控制器具有以下特点:
-每一条指令的一个时钟
-独立的锁相环的工作频率,是独立于系统的总线和核心频率为了电源和性能优化
-32位指令对象代码
---从内部只读存储器ROM或内存RAM中执行代码
---32位算术逻辑单元(ALU)的数据路径
---模块化的架构,允许简单的功能增强
---
slave bus为了寄存器和多用户内存空间的CPU访问
---8字节的指令RAM
---16字节的用户数据RAM

-串行DMA通道用于接收和发送的所有串行通道
-五统一通信控制器(UCC)支持以下协议接口
---10 / 100 Mbps以太网/IEEE 802.3通过MII和RMII接口。
---ATM通过UPC(mpc8323特定)
---通过串行接口的串行ATM
---HDLC /透明(码率高达70 Mbps)
---HDLC总线(码率高达10 Mbps)
---异步HDLC(码率高达2 Mbps)
---UART
---双同步(比特率高达2 Mbps)
--- 四个TDM接口支持多达64QUICC的多通道控制器(QMC),每个运行在64 kbps
-ATM控制器
---全双工SAR协议在OC-3速率通过 UTOPIA L2(mpc8323特殊)
---AAL5,aal0
协议。TM 4.1 CBR,VBR,UBR,UBR +traffic类型
---64K外部连接
---ATM反向复用能力(IMA)
---
1UTOPIA L2总线控制器(UPC)支持31个端口(mpc8323特殊)
-通用串行总线(USB)控制器
---
USB 1.1全/低码率兼容
---USB 2全/低码率兼容(不是高速)
---USB主机模式
---USB从机模式
-两个串行外设接口(SPI接口)。SPI2致力于以太网物理层管理。
-时隙分配器和4TDM串行接口
---独立接收和发送路由RAM伴随每入口512
路由
---时隙分配器是以位或字节的分辨率。
-13独立波特率发生器和19个输入引脚来给以下提供时钟:
UCCs,Si,UPC,USB, 时间戳和计时器。
-四个独立的16位定时器,可 互连 成2个32位定时器。
3)安全引擎优化来处理所有的与IPSec、SSL / TLS,SRTP、IEEE Std 802.11i™,iSCSI和IKE相关算法。安全引擎包含一个加密通道、一个控制器,和一组密码执行单位(EUs)执行单位是:
-数据加密标准执行单位(DEU)
---DES和3DES算法
---两个键(K1,K2键)或三个键(K1,K2,K3)for 3DES
---ECB和CBC模式为了DES和3DES

-高级加密标准单位(AESU)
---Rijndael对称密钥密码的实现
---密钥长度128-,192- 和256位
---ECB,CBC,CCM和计数器(CTR)模式

-消息摘要执行单位(mdeu)
---SHA具有160或256位的消息摘要
---MD5具有128位的消息摘要
---
HMAC具有两者算法
-一个个加密通道支持多命令描述链
---动态密码执行单位算法通过一个集成控制器
---256字节的缓冲区大小对于每个执行单位,以及流量控制为大数据规模
---支持多
杰出的总线处理
---分散/收集能力
--取
在加密频道的FIFO 
4)DDR SDRAM内存控制器
-可编程时间支持DDR1和
DDR2  SDRAM
-32位数据接口,高达 266 MHz的数据速率
-512Mbyte寻址空间
-支持2X16的设备
-支持以下的SDRAM配置:
---64兆到1 Gbit设备以及x8 / x16 / x32数据端口(X4数据端口没有直接支持)。一些2- Gbit设备是否支持取决于内部设备配置。
-存储器的单一的物理bank(一个片选)伴随八个逻辑bank
-支持最大8个同时开放的

-睡眠模式支持
SDRAM 自刷新
-支持自动刷新
-On-the-fly power management using CKE
-注册SIMM支持
-2.5V SSTL2_兼容I/O for DDR1,1.8-v SSTL_18兼容I/O for DDR2
5)PCI接口
-设计符合PCI LOCAL BUS规范,修订版本2.3
-32位的PCI接口,操作在高达66MHZ
-3.3V兼容PCI
-支持主机和代理模式
-PCI的读访问的存储器预取和支持延迟读取操作
-Inbound and outbound write posting
-PCI内部配置寄存器可访问
-可选择的硬件执行的一致性
6)本地总线控制器(LBC)
•多路复用和非复用的26位地址和16位数据,运行速度高达66MHZ
•四片选支持四个外部的从设备
支持最多64M字节的存储
•高达eight-beat burst转移(8拍的突发传输)
•16 - 8位端口尺寸
•每个片选都有2个协议引擎:
---通用芯片选择机(GPCM)
---三个用户可编程机(UPMS)
补充:主要部件是它的存储器控制器,提供到多种类型存储设备和外围设备的无缝接口。
通用片选机GPCM
兼容SRAM、EPROM、EEPROM和外围设备
系统复位时可以使用全局(引导)片选
引导片选支持8位、16位设备
对外部设备访问最小三个时钟
四个字节写允许信号LWE[0:3]
三个用户可编程机UPMS:
基于数组的可编程机控制外部信号的时序,控制粒度最多可为外部总线时钟周期的四分之一;
当内部主设备请求一个单拍或突发读或写访问时,运行用户指定的控制信号模式;
可以通过软件启动用户指定的控制信号模式;
支持8位、16位的设备;
页面模式支持一个突发中的连续传输;
带软件可配置旁路的延迟锁定环可以产生低频率的总线时钟;


7)集成可编程中断控制器(IPIC)
•功能和可编程兼容性伴随MPC8349中断控制器
•支持外部和内部离散的中断源
•支持一个外部(可选)和七个内部机器检查中断源
•可编程最高优先级请求
•四组可编程优先级中断
•针对通信处理器的外部和内部中断
-重定向中断外部的PCI_INTA信号当in core disable mode
•每个中断源的唯一向量号

8)I2C接口
-二线接口串行数据SDA和串行时钟SCL
-多主设备支持
-主或从的I2C模式支持
-在芯片上的数字滤波消除在总线上的尖峰信号
补充:用于实现系统和其他设备之间的数据交换,例如,微控制器、EEPROM、实时时钟设备、A/D转换器和LCD。二线总线将设备之间的互连减小到最小。
I2C控制器是一个真正的多主设备总线,它包括冲突检测和仲裁,如果两个或多个主设备试图同时控制总线时,可以防止数据毁坏。I2C控制器由一个发送/接受单元、一个时钟单元和一个控制单元组成。I2C单元支持通用的广播模式。
带有从主设备切换到从设备的自动模式的仲裁丢失中断。
利用引导定时器嵌入式硬件有选择地载入I2C EEPROM中的系统初始化数据。
9)DMA(直接存储器访问)控制器
-四个独立的完全可编程DMA通道
-错位的转移能力的源/目的地址
-数据链接和直接模式
-在完成段和链时产生
中断
补充:DMA引擎可以从任何的合法地址范围到任何其他的合法地址范围传输数据块。因此,它可以实现任意I/O和存储器端口之间、甚至两个设备之间、或者同一个端口上的单元之间的DMA传输。
10)DUART
-2个四线接口(RXD,TXD,RTS,CTS)
-与原16450 UART和pc16550D
编程模式 兼容
补充:DUART是一个从接口。发送器和接收器都支持16个字节的FIFO。
11)并行I/O
-通用I/O(GPIO)
---在各种芯片接口上,有128个并行输入/输出
复用引脚
-开漏能力
-中断能力
12)系统计时器
-周期中断定时器
-实时时钟
-软件看门狗定时器
-2个通用定时器
13)IEEE 1149.1兼容的JTAG边界扫描
14)集成PCI总线和SDRAM的时钟产生

串行外围设备接口SPI
允许与其他POWER QUICC系列芯片、Ethernet PHY配置和其他外设,例如EEPROM、实时时钟、A/D转换器和ISDN设备之间进行数据交换。
四线接口

2、POWER架构内核
e300核心是一个低功耗实现power架构技术的微处理器。核心实现了体系结构的32位部分,它提供32位有效地址和整数数据类型8,16,和32位。请注意,e300c2核不支持浮点运算。
e300c2核心集成了五个执行单元--两个整数单位(IU1和IU2)伴随完整的乘法和除法,一个分支处理单元(BPU)伴随静态分支预测,一个加载/存储单元(LSU)为了数据转移,和系统寄存器单元(SRU)。执行五个指令并行的能力,并使用简单指令的快速执行时间产生高效率和吞吐量。大多数整数指令在一个时钟周期执行;2个整数指令可以同时执行伴随双整数单元。

存储器映射

1、内部存储器映射
包含2M地址区域,寄存器块的本地地址映射是由内部存储器映射寄存器基地址寄存器决定的(IMMRBAR)。默认地址是0xff40_000.
为了保证写入到配置寄存器 何序列 的结果,最终 配置寄存器写的应该由一个相同寄存器读写,并应遵循 一个同步指令。然后由配置的 寄存器写入对 内存区域的影响是安全的

2、完整的IMMR映射

在一些特殊的情况,保留位不被清除,并且保持复位值。因此,软件必须执行“读-改变-写“并且保证这些位的复位值不被改变

除非在特定的块中声明,否则所有访问和从内存映射寄存器必须用32位访问。没有支持除了32位的访问。

3、QUICC引擎内部存储器映射

映射到连续的存储器块,内部空间是1M。QUICC引擎内部存储器空间的最后758K是保留的,为了将来的扩展。任何保留区域的访问都会导致未定义的行为。

章节3 信号描述

本章介绍了mpc8323e外部信号。它被组织成以下几个部分:
概述信号和交叉引用的信号,提供多种功能,其中包括2列表:一个有序的功能块和一个字母。
1)复位配置信号列表

2)在重置时输出信号状态列表

3)并行输入/输出信号
信号名上带横线的表示当低电平时是活跃的。内部的信号名表现为斜体。

3.1信号概述

The MPC8323E signals are grouped as follows:
• DDR memory interface signals :65信号
• PCI interface signals:54信号
• QUICC Engine interface signals:128信号PA、PB、PC、PD

• DUART interface signals:8信号
• I2C interface signals:2信号
• Local bus interface signals:42信号
• PIC interface signals:13信号
• PM interface signal:1信号
• JTAG(5信号), PMC(1信号), system control signals(3信号)
• Clock signals:10信号

注意,端口引脚没有内部上拉电阻。

外设 I/O ports’ 重要的特征:
• Ports A, B, C, and D all have 32 pins.
• All ports are bidirectional.
• All ports have alternate on-chip peripheral functions.
• Each pin has four direction options: Input, Output, I/O and Disabled. A disabled pin is not driving
any value and can be left floating outside the device (no need for external pull up or pull down).
• All port pins are disabled at hard reset.
• Usually pin values can be read while the pin is connected to an on-chip peripheral (this is not
possible for port pins, which are used as PCI pins).
• Open-drain capability on all port pins
• Some of the port pins can be used as interrupt input pins.
每个端口具有6个存储器映射:CPODRx, CPDATx, CPDIR1x, CPDIR2x, CPPAR1x and CPPAR2x。

CPODRx决定open-drain configuration for each pin.
CPDATx确定读写.
CPDIR1x and CPDIR2x registers (two bits per pin) 决定输入还是输出.

CPPAR1x and CPPAR2x registers (two bits per pin) 决定每个引脚的功能。

章节4 重启、时钟和初始化

复位,时钟,和控制信号提供了许多选项的操作装置。各种模式和特征在硬复位或复位电源时可配置。很多可配置的功能加载到该设备上通过一个复位配置字,并且一些设备的信号在复位序列中被用作重置配置输入

4.1功能描述

设备具有几种输入复位逻辑:
• Power-on reset (PORESET)
• External hard reset (HRESET)
• External soft reset (SRESET)
• Software watchdog reset
• System bus monitor reset
• Checkstop reset
• JTAG reset
• Software hard reset
• Software soft reset

4.3.2 复位配置字

复位配置字控制时钟比率和其他基本设备的功能,如PCIhost或代理模式,启动位置,和端模式。重置配置字是从本地总线或I2C接口上电或硬复位过程中硬编码的值加载的。

虽然配置复位字是在硬复位流中加载的,但是时钟和PLL模式仅在PORESET置位时(在上电复位流中)被复位。

复位配置字寄存器(RCWLR和RCWHR)中的值仅反映在复位流过程中的状态。一些参数和模式的值可以在存储器映射寄存器中被修改。

复位配置的设定可以通过以下只读存储器映射寄存器得到:

复位配置字低寄存器RCWLR

复位配置字高寄存器RCWHR

复位状态寄存器RSR

系统PLL模式寄存器SPMR

4.3.2.1.1系统PLL配置

系统PLL比率复位,建立时钟比率在CLKIN(PLL host)或者PCI_CLK(PCI代理模式)输入信号和内部设备的csb_clk之间。csb_clk驱动内部单元并且feed e300 内核PLL。系统时钟(CLKIN/PCI_SYNC_IN)输入频率的支持范围是25~66MHZ

4.3.2.2.1 PCI HOST/agent 配置

在Host模式,设备可以立即master 传输到PCI接口。如果是pci agent设备,设备直到外部host使能它去做,才能去做 MaterPCI 传输。外部Host通过合理的配置设备的接口的控制寄存器来使能它。

4.3.3 加载复位配置字

装置加载复位配置字是从local bus EEPROM或者I2C串行EEPROM,或者使用hard-coded配置。

4.3.3.1从local bus EEPROM中加载

复位配置字被假定位于一个EEPROM器件,其连接到设备本地总线的LCS0。因为这个EEPROM端口的大小是未知的,所有配置字从位置被按字节读取,独立于端口大小。

为了从本地总线EEPROM加载复位配置字,PCI_SYNC_IN/PCI_CLK输入时钟被32分频为了使能慢频率存储器的工作。

显示的EEPROM内容的一个例子,包括前言,复位配置字和额外的初始化数据,和CRC校验。在这个例子中,它是假定EEPROM包含信息附加到重置配置字,它应该在该装置完成复位流后加载到功能状态中。

4.3.3.3缺省复位配置字

如果设备被配置成不从本地总线EEPROM和I2C EEPROM的复位配置字中加载,还可以用五个hard-coded中一个的默认选项,由复位配置输入信号选择,CFG_RESET_SOURCE[0:2].在这种模式下,设备被假定成一个PCI代理,因此只有时钟模式在四种选择中不同。 

4.4时钟

mpc8321记录_第2张图片

设备原始时钟源可以是CLKIN或者PCI_CLK,取决于设备是配置成PCIhost还是PCI代理模式

4.4.1在PCI host模式下的时钟

设备被配置为PCI主模式,RCWH[PCIHOST]=1,CLKIN是原始时钟。CLKIN feed PCI时钟分频(除以2)并且PCI_SYNC_OUT和PCI_CLK_OUT多路复用。CFG_CLKIN_DIV可以配置成CLKIN或者CLKIN/2输入来驱动PCI_SYNC_OUT信号输出。

4.4.1.1PCI时钟输出(PCI_CLK_OUT[2:0])

当设备被配置为PCI主模式,提供三种时钟输出信号,PCI_CLK_OUT[0:2]给外部PCI代理。

当设备从复位中启动,PCI时钟输出被禁止,并且驱动为平稳低状态。每个独立时钟输出可以被使能,通过设置相应的OCCR[PCICOEn]位。所有输出时钟彼此phase alignedPCI_SYNC_OUT.

4.4.2时钟在PCI代理模式

PCI_CLK是输入时钟源。CLKIN/CLKIN需要接地。时钟输出信号PCI_CLK_OUTn和PCI_SYNC_OUT没被使用。CFG_CLKIN_DIV配置输入可以被用来double内部时钟频率。

4.4.3系统时钟域

初始时钟输入(PCI_CLK/PCI_SYNC_IN)频率被系统锁相环PLL倍频,并产生四种主要的时钟域

• The coherent system bus clock (csb_clk)
• The QUICC engine clock (ce_clk)
• The internal clock for the DDR controller (ddr_clk)
• The internal clock for the local bus interface unit (lbc_clk)

csb_clk = [PCI_SYNC_IN × (1 + ~CFG_CLKIN_DIV)] × SPMF

在PCI主模式,PCI_SYNC_IN × (1 + ~CFG_CLKIN_DIV)是CLKIN频率。

当CLKIN是输入时钟源,
ce_clk = (primary clock input × CEPMF) ÷ (1 + CEPDF)
当PCI_CLK是输入时钟源,
ce_clk = [primary clock input × CEPMF × (1 + ~CFG_CLKIN_DIV)] ÷ (1 + CEPDF)


章节5 系统配置

该设备提供了一个灵活的本地内存映射。本地内存映射是指通过处理器看到的32位地址空间

当它访问内存和输入/输出空间。内部DMA引擎也看到同样的存储器映射。所有的DDR SDRAM和局部总线内存控制器存访问的内存都存在于这个存储器映射中,内存映射的配置与控制和状态寄存器也一样。

本地内存映射是由一组九个本地访问窗口定义的。这些窗口中的每一个将存储区域映射到一个特定的目标的界面,如DDR SDRAM控制器或PCI控制器。在msc7104的DSP子系统无法运行。注意本地访问窗口不执行任何地址转换。每个窗口的大小从4字节到2 GB配置。

mpc8321记录_第3张图片

窗口号       目标接口                  说明

0             配置寄存器IMMR          固定的2M窗口大小

1~4             local bus
5~6             PCI

7~8            DDR  SDRAM

5.2地址转换与映射

在添加任何e300c2 MMU地址转换操作中,三个不同类型的转换和映射操作是在transactions上执行的在集成器件的水平。如下

•本地地址映射到目标接口
•转换的本地
32位地址到外部地址空间

•转换外部地址到本地的32位地址空间


本地访问窗口执行本地地址空间内的目标映射。这个本地访问窗口不执行任何地址转换。
outbound窗口执行从本地32位地址空间映射到PCI地址空间,这可能比当地的空间大得多。
inbound窗口执行地址转换,从PCI外部地址空间到本地地址空间。
5.2.4本地可访问寄存器描述

5.2.4.1内部存储器映射基址寄存器IMMRBAR

IMMR窗口包含配置、控制和状态寄存器,还有内部设备存储器阵列。内部存储器映射占有2M的存储器区域。IMMR默认的基址是0XFF400000。因为IMMRBAR是位于本地access寄存器开始地址的偏移地址0X0处,所以IMMRBAR总是指向自己。写入IMMRBAR可以修改该基址。

5.2.8 outbound地址转换和映射窗口

outbound地址转换和映射涉及到从本地32位地址空间到外部地址空间以及特别是I/O接口的属性的地址转换。在此设备上,PCI block具有outbound地址转换单元。PCI控制器具有六个outbound串口,并且还有一个默认的窗口。

5.2.9 Inbound地址转换和映射窗口

涉及从I/O接口的外部地址空间(如PCI地址空间)到处理器的内部接口占有的内部地址空间的地址转换。PCI控制器具有inbound地址转换单元。



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