摘要：車輛顯控系統(tǒng)的控制主板選用高性能PowerPC MPC8548E處理器,，擴展了顯示器、內(nèi)存,、Flash存儲器和接口設(shè)備,。以此主板為平臺，實現(xiàn)了車輛數(shù)據(jù)和視頻的實時顯示和控制,。本文重點闡述了在PowerPC上用軟件實現(xiàn)I2C控制以及通過PCI總線實現(xiàn)設(shè)備間通信的方法,。
關(guān)鍵詞：PowerPC；MPC8548E,；VxWorks,；BSP

    車輛顯控系統(tǒng)是對車輛工作狀態(tài)信息進行顯示、控制,，并完成人機交互的系統(tǒng),。車輛顯控系統(tǒng)需要在顯示文字、圖形和視頻的同時響應(yīng)按鍵操作,，并對車輛控制系統(tǒng)進行操控,。這就要求系統(tǒng)具有實時響應(yīng)、并行處理多個任務(wù)的能力,。本文在以PowerPC MPC8548E為處理器的控制主板上應(yīng)用實時操作系統(tǒng)VxWorks,，實現(xiàn)了實時響應(yīng)系統(tǒng)操作、顯示相應(yīng)信息的功能,。以此主板為核心控制主板的顯控系統(tǒng),，具有高性能,、高穩(wěn)定性和良好的兼容性,。

1 PowerPC MPC8548及其控制主板概述
    PowerPC MPC8548是Freescale公司開發(fā)的新一代PowerQUICC III系列的高性能處理器。其內(nèi)部工作頻率可達(dá)1．33 GHz,，在該工作頻率上處理性能可達(dá)3 065MIPS,。一級緩存有指令緩存和數(shù)據(jù)緩存各32 KB，二級緩存為512 KB,，支持DDR1和DDR2存儲器控制器,，支持PCI、PCI-X和PCIE接口,，支持SRapid IO接口和4個GbE接口,。MPC8548不僅擁有強大的數(shù)據(jù)處理能力,，還具有很強的通信處理能力，可靠性高,，抗惡劣環(huán)境能力好,，特別適合對網(wǎng)絡(luò)性能要求較高及有多個接口的場合。
    車輛顯控系統(tǒng)的核心控制主板是以PowerPCMPC8548E為處理器的嵌入式系統(tǒng),。該系統(tǒng)通過擴展顯示器,、內(nèi)存、Flash存儲器以及其他接口控制電路,，構(gòu)成了高性能,、高可靠性的核心控制主板。以此控制主板為硬件平臺,，移植嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks,，對接口設(shè)備驅(qū)動進行二次開發(fā)，繼而以VxWorks為軟件開發(fā)平臺,，開發(fā)應(yīng)用程序,，實現(xiàn)顯示和控制任務(wù)。

2 PowerPC控制主板硬件設(shè)計
    如圖1所示,，PowerPC控制主板硬件系統(tǒng)由處理器,、外圍電路和外部接口設(shè)備組成。外圍電路包括電源,、晶振和復(fù)位電路,；外部接口電路包括串口、網(wǎng)口,、EL／LVDS液晶顯示,、16位PCI總線、USB接口,、Flash,、鼠標(biāo)和鍵盤等。

3 PowerPC控制主板軟件設(shè)計
    車輛顯控系統(tǒng)是一個多任務(wù)的復(fù)雜的實時嵌入式系統(tǒng),，采用操作系統(tǒng)對所有軟硬件資源進行分配,、調(diào)度、控制和協(xié)調(diào),，尤其是協(xié)調(diào)并發(fā)活動,，如任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理,、同步機制,、異常和中斷處理、任務(wù)間通信等,。WindRiver公司(現(xiàn)被Intel收購)的VxWorks是一個實時嵌入式操作系統(tǒng),。VxWorks操作系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空,、汽車等行業(yè)，鑒于VxWorks對PowerPC處理器體系結(jié)構(gòu)的支持,，使得應(yīng)用PowerPC處理器的嵌入式系統(tǒng)大多以其作為操作系統(tǒng),。因此，車輛顯控系統(tǒng)也采用VxWorks作為操作系統(tǒng),。
    嵌入式系統(tǒng)是根據(jù)實際要求對硬件資源進行配置和裁減而成的系統(tǒng),。由于嵌入式產(chǎn)品是軟硬件的結(jié)合體，且隨著產(chǎn)品的研制完成,，軟件就已固化在硬件環(huán)境中,，因此，軟硬件綜合開發(fā)是嵌入式系統(tǒng)的一大特點,，而軟件設(shè)計是在緊密聯(lián)系硬件的基礎(chǔ)上完成的,。
    PowerPC控制主板的軟件設(shè)計遵循嵌入式軟件的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，分為如下兩部分：
    ①特殊設(shè)備驅(qū)動的開發(fā),，通用設(shè)備驅(qū)動程序的集成,，即板級支持包BSP的開發(fā)。
    ②應(yīng)用程序的開發(fā),，即顯控任務(wù)的實現(xiàn),。
3．1 設(shè)備驅(qū)動開發(fā)
    由于本系統(tǒng)的硬件平臺是根據(jù)實際需要設(shè)計的，故必須根據(jù)實際的接口對設(shè)備驅(qū)動進行開發(fā),。在VxWorks提供的通用設(shè)備驅(qū)動的架構(gòu)上,，結(jié)合每個具體設(shè)備的工作原理和功能，以數(shù)據(jù)流為中心,，在掌握設(shè)備與CPU及外接設(shè)備的通信方式后,，對具體設(shè)備的驅(qū)動進行逐一開發(fā)。設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)完成后,，最終形成MPC8548E的板級支持包BSP,。硬件設(shè)備程序的集成包括如下幾個方面。
    (1)特殊設(shè)備驅(qū)動
    一些特殊設(shè)備的驅(qū)動程序不在VxWorks配備的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備清單中,，因此需自行開發(fā),，例如PCI線驅(qū)動、DDR內(nèi)存驅(qū)動和顯示驅(qū)動等,。
    (2)通用設(shè)備驅(qū)動
    通用設(shè)備的驅(qū)動程序可以直接應(yīng)用VxWorks標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動,，或在標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動的基礎(chǔ)上稍作改動即可,，例如鼠標(biāo),、鍵盤、串口,、以太網(wǎng)接口和USB接口等,。
3．2 應(yīng)用程序開發(fā)
    首先將車輛顯控系統(tǒng)要完成的任務(wù)分解為多個任務(wù)：按鍵查詢,、界面切換、數(shù)據(jù)顯示,、視頻顯示和參數(shù)存儲,。應(yīng)用程序保證各任務(wù)按照規(guī)定的方式實時完成。PowerPC控制主板軟件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示,。

    按鍵查詢：定時查詢是否有鍵按下,，如有，則向界面切換,、數(shù)據(jù)顯示,、視頻顯示和參數(shù)存儲發(fā)送消息，完成相應(yīng)的任務(wù),。
    界面切換：切換到相應(yīng)界面,。
    數(shù)據(jù)顯示：顯示車輛控制系統(tǒng)在不同工作模式下的狀態(tài)。
    視頻顯示：切換視頻通道,，調(diào)節(jié)圖像的亮度,、對比度，并進行相關(guān)操作,。
    參數(shù)存儲：根據(jù)指令保存參數(shù),，或等間隔地將參數(shù)保存到緩存。
3．2．1 I2C接口控制的軟件實現(xiàn)
    I2C總線是一種兩線式串行總線,，主要應(yīng)用于微處理器外圍芯片的擴展,。它只需兩根線——串行數(shù)據(jù)線和串行時鐘線，即可實現(xiàn)微處理器與總線上具有I2C總線接口的設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換,。
    I2C總線設(shè)備以其簡單性和有效性被廣泛使用,。車輛顯控系統(tǒng)中用于模擬視頻顯示的視頻解碼器CCX25836就是其中之一。CCX25836的寄存器需要用I2C總線進行配置,，系統(tǒng)設(shè)計采用FPGA構(gòu)建了硬件I2C電氣結(jié)構(gòu),，在PowerPC控制主板上用軟件模擬視頻解碼器所需的I2C讀寫流程，設(shè)置其寄存器,，從而實現(xiàn)視頻通道的切換,、亮度和對比度的調(diào)整等視頻顯示功能。I2C讀,、寫流程如圖3,、圖4所示，通過I2C總線設(shè)置亮度,、對比度的流程如圖5所示,。

3．2．2 通過PCI局部總線實現(xiàn)設(shè)備間通信
    PCI局部總線是微型計算機中處理器／存儲器與外圍控制部件、擴展卡之間的互聯(lián)接口,，PCI局部總線規(guī)范是互聯(lián)機構(gòu)的協(xié)議,，也是電氣和機械配置的規(guī)范,。PCI局部總線具有總線主設(shè)備支持和自動配置功能，提供了3類地址空間,，即存儲器,、I／O和配置地址空間。這些特點為總線上各設(shè)備間的通信奠定了基礎(chǔ),。
    車輛顯控系統(tǒng)中存在多個PCI設(shè)備,，鑒于PowerPC較強的處理能力和實時操作系統(tǒng)的實時多任務(wù)處理功能，使得PowerPC控制主板成為“主設(shè)備”,，負(fù)責(zé)設(shè)備間的協(xié)調(diào),，其他設(shè)備作為“從設(shè)備”。由“主設(shè)備”根據(jù)“從設(shè)備”的設(shè)備識別號和供應(yīng)商識別號對其進行配置,，根據(jù)地址空間的存儲映射訪問方式進行數(shù)據(jù)通信,。PCI設(shè)備間的通信流程如圖6所示。
3．3 應(yīng)用程序與設(shè)備驅(qū)動的連接
    應(yīng)用程序是通過調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序來訪問設(shè)備的,。調(diào)用設(shè)備驅(qū)動有3種方式：直接調(diào)用,、通過操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)用和通過操作系統(tǒng)的擴展模塊調(diào)用。直接調(diào)用方式可以使應(yīng)用程序高效地訪問設(shè)備,，但移植性差,，且用戶需自行管理設(shè)備；通過內(nèi)核調(diào)用,，由操作系統(tǒng)管理,，移植性好，但增加了系統(tǒng)開銷,；通過擴展模塊調(diào)用的優(yōu)缺點與通過內(nèi)核調(diào)用類似,。
    車輛顯控系統(tǒng)是一個復(fù)雜的實時操作系統(tǒng)，需要良好的可移植性,，且存在擴展模塊,，因此應(yīng)用程序同時使用通過內(nèi)核和擴展模塊兩種方式來調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序。通過內(nèi)核調(diào)用通用設(shè)備驅(qū)動程序,，通過擴展模塊調(diào)用特殊驅(qū)動程序,。
3．4 應(yīng)用程序與設(shè)備的直接連接
    針對一些特殊設(shè)備的控制要求，PowerPC控制主板對其采用直接控制的方式,，而不通過設(shè)備驅(qū)動,。
I2C總線是一種兩線式串行總線，主要應(yīng)用于微處理器外圍芯片的擴展,。它只需兩根線——串行數(shù)據(jù)線和串行時鐘線,，即可實現(xiàn)微處理器與總線上具有I2C總線接口的設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。
    I2C總線設(shè)備以其簡單性和有效性被廣泛使用。車輛顯控系統(tǒng)中用于模擬視頻顯示的視頻解碼器CCX25836就是其中之一,。CCX25836的寄存器需要用I2C總線進行配置,，系統(tǒng)設(shè)計采用FPGA構(gòu)建了硬件I2C電氣結(jié)構(gòu),，在PowerPC控制主板上用軟件模擬視頻解碼器所需的I2C讀寫流程(詳見圖3～4),，設(shè)置其寄存器，從而實現(xiàn)視頻通道的切換,、亮度對比度的調(diào)整等視頻顯示功能,，如圖5所示。

結(jié)語
    PowerPC MPC8548E微處理器以其豐富的接口,、較強的運算能力,、較快的處理速度、穩(wěn)定性和易擴展性受到嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者們的青睞,。車輛顯控系統(tǒng)的主板采用此芯片為核心處理器,，配備必要的外圍接口，并采用VxWorks作為運行在其上的操作系統(tǒng),，使其具備了實時處理多任務(wù)的能力,。通過擴展PCI設(shè)備，實現(xiàn)了顯控系統(tǒng)設(shè)備間,、顯示系統(tǒng)與其他系統(tǒng)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換和控制,。