MPC850中复位逻辑和CPM协议切换的CPLD实现

1 引言

近年来，微处理器（MPU）在嵌入式系统研发中所占地位越来越重要，很多应用场合对MPU的处理速度、集成密度也提出了更高的要求。Power PC系列MPU是Motorola公司推出的面向嵌入式应用的专用MPU，它在片内集成了基于RISC体系的微处理器的内核和支持多种通信协议的通信处理器（CPM），具有强大的通信和网络协议处理能力，可广泛应用于通信和网络产品中。CPLD（Complex Programmable Logic Device）是一种复杂的用户可编程逻辑器件，和FPGA相比，由于采用连续连接结构，易于预测延时，从而使电路仿真更加准确。近年来，由于采用先进的集成工艺和大批量生产，CPLD器件成本不断下降，集成密度、速度和性能大幅度提高，一个芯片就可以实现一个复杂的数字电路系统，再加上使用权方便的开发工具，因此使用权CPLD器件可以极大地缩短产品开发周期，给设计修改带来很大方便。



嵌入式系统常用MPU和CPLD联合设计。现以PowerPC系列MPC850和XILINX公司的XC95144XL为例来介绍实现MPU功能的CPLD辅助设计方法。实际上，MPC850的外部复位和通信模块（CPM）的设计在整个系统设计中占用重要地位，也是调试硬件中最容易出问题的环节。本文将对MPC850的外部复位逻辑和通信模块的复用作一探讨，并给出了这两部分的CPLD逻辑实现方法。

2 MPC850的复位逻辑和CPLD实现

2．1 复位逻辑

MPC850内部的复位时钟具有复位控制逻辑，以及决定复位起因、同步和相应复位的逻辑模块。概括起来，MPC850总共具有以下复位源：

*上电复位；
*外部硬复位；
*内部硬复位：包括失锁、软件看门狗复位、校验停复位、调试口硬复位；
*JTAG复位；
*外部软复位；
*内部软件复位：指调试口软复位。



设计中需要用户参与的主要是上复位和外部硬复位。其中上电复位的复位过程如下：

（1） 产生上电复位信号PORESET
（2） PORESET有效，CPU配置SCCR寄存器，PORESET保持时间至少在3μs以上。
（3） PORESET无效后，CPU采用MODCK（时钟模式配置）并锁存，同时初始化时钟。
（4） CPU驱动HRESET和SRESET信号512个时钟周期，512周期结束后，如果RSCONF信号接低，则CPU从数据总线上采样配置数据，并将内部产生 的HRESET和SRESET信号置为无效；如果RSCONF信号接高，则CPU按内部缺省值进行配置。
（5） 计数器计数16个时钟周期，然后采样外部硬复位信号和外部软复位信号，如果存在职效的外部硬复位信号或软复位信号，则计数器清0，并重新计数，否则跳出，执行正常操作。

系统中硬件复位主要用于在CPU感知外部硬复位信号有效后，产生内部硬复位信号，然后按照上述上电复位步骤从第4步开始执行。其时序图如图1所示。

可见，相比一些常用的MPU器件，MPC850的复位逻辑比较复杂，而且对复位控制的时序有严格的要求。通常的设计需要较多的外部器件来实现逻辑控制，而采用一片CPLD则只需编写简单的代码就可以了，且易于调度。本应用于设计采用XILINX公司的XC95144XL进行逻辑设计。

2．2 基于CPLD的实现方法。

设计时，将MPC850的复位信号（上电复位poreset、硬复位hreset、软复位sreset）连接到XC95144XL的连接方法如图2所示。
该方案中CPLD的上电复位设计过程如下：

（1） 系统上电后，上电复位poreset由XC95144XL产生，为了使MPC850得到可靠的复位，这个延迟时间通常比要求的3μs要大一些。MODCK配置可一直固定。

（2） poreset 信号无效后（为高电平），MPC850会采样MODCK并驱动HRESET信号512个时钟周期。需要注意的是这个时间由MPC850控制的，CPLD不作逻辑实现。然后MPC850开始采样总线上的32bit配置数据。这时不能马上驱动总线数据线，应延迟若干时钟周期后驱动，经应用证明延迟8个时钟周期以上可以满足要求。

（3） 驱动总线配置数据16个时钟周期后把总线置为高阻态，上电复位结束。

手动复位的逻辑实现主要考虑的是对按键的复位作抗抖动处理，以防止多次短暂接触对系统造成反复复位，可以在代码中加入一个RS触发顺来实现抗抖。



本设计采用VHDL语言实现，限于篇幅代码省略。需要注意的是：在总线数据配置时，不能采用顺序执行语句，而只有应用并发语句执行才能得到正确的配置。如：

d ＜="ZZZZZZZZZZZZZZZZ"when flag=true else"0000011010100010";
--512个时钟周期后，再等待8个时钟周期将初始配置字推至数据线
--采用条件代入语句的并发描述
而如果采用顺序描述语句：
if flag =true then
d ＜="ZZZZZZZZZZZZZZZZ "
else
d ＜="0000011010100010";

则配置字将得不到正确读取。这一点需要特别注意。