一种基于嵌入式处理器PowerPC7447的显示平台设计方案

摘要：根据航空电子系统对显示技术的需求，针对机载环境的应用特点，提出了基于PowerPC7447处理器的显示平台的设计方案，并对该平台的构成及功能实现进行了设计。显示平台通过集中控制和综合显示，能及时响应和集中处理飞行员的各种命令。同时，显示平台强大的图形处理和数据处理能力对在三维地图显示基础上叠加导航、战术和飞行参数等技术提供了支持。通过综合测试和应用表明，本显示平台具有通用性强、可扩展性强、数据吞吐量大和动态图形处理效率高等特点，对于提升座舱显示效果具有重要意义。

0 引言

战斗机座舱显示是飞行员了解战场态势、攻防信息、本机状态等信息，完成作战任务的重要信息来源;预警机、战场指挥机的作战任务显示终端是指挥员了解战场环境、指挥作战的主要信息来源。因此，机载显示系统是新一代航空电子系统实现综合化、数字化和智能化的核心与关键。三维图形显示是机载显示系统的发展方向，而提高图形显示质量、加快图形生成速度是机载显示系统的关键。

本文以可视化导航信息系统(以下简称可视化系统)为研制背景，进行机载显示平台的设计和实现。可视化系统以Power PC7447高性能通用处理器为核心;采用VME总线标准，符合通用化、标准化、系列化的要求;采用VxWorks实时操作系统和OpenGL函数库，提高软件的开发效率。

1 可视化系统结构与设计方法

1.1 可视化系统功能分析

可视化系统作为机载导航设备，需要为飞行员或领航员直观地提供三维数字地图导航信息、控制指令、近地告警、进近着陆和地图漫游等显示信息，应具有以下主要功能：1)卫星定位;2)地图导航;3)进近着陆;4)地图漫游;5)数据管理。

1.2 系统架构设计

根据可视化系统的功能需求，显示平台需要实现高性能的显示处理、大容量的存储、高速的总线等技术。因此在系统设计时，需要进行处理器类型及速度选择、存储器容量选择、输入和输出接口的选择等工作。

按照模块化的设计思路，可将显示平台按功能划分为CPU模块、图形加速器模块、存储模块、多功能接口模块和电源模块。其组成结构如图1所示。

2 硬件设计与实现

2.1 CPU模块设计

2.1.1 CPU模块组成

CPU模块主要由以下几个电路组成：处理器电路(选用高性能通用处理器PowerPC7447A)、存储电路、逻辑控制电路、时钟电路、接口电路、复位电路等。CPU模块的组成示意图如图2所示。

2.1.2 处理器选择

PowerPC主机处理器是Motorola和IBM共同研发的RISC体系结构的处理器，它具有速度高、功耗低、计算能力强的特点。目前，在32位嵌入式处理器领域，Freescale的PowerPC占据市场份额最大，其中G4系列，即74xx系列产品以其卓越的性价比得到了军品市场的青睐，并且在全球范围内有多个厂家生产军品级，供货渠道有保证。从性能上讲，1GHz的MPC7455峰值运算速度为8GFLOPS，1.3GHZ的MPC7457可以达到峰值运算速度为9GFLOPS，而随着技术的进步，其下几代产品主频更高、单封装处理器核数更多，当然处理能力也越强。对于硬件设计来说，PowerPC G4主机处理器的外围电路相似，部分型号封装也相同，在硬件上不改动或经过很小的改动就可以升级处理器到新的型号，而软件的改动也非常小，就可以迅速提升原有系统的处理能力。

通过以上性能分析，以及在成本、功耗、时钟频率、发展趋势方面具有的内在优势和第三方软件的支持率，我们最终选择了Freescale的PowerPCG4主机处理器中的佼佼者MPC7447A作为CPU的核心处理器。

CPU模块采用MPC7447A处理器，工作主频为1GHZ。MPC7447A是PowerPC系列处理器中的第四代高性能的处理器。完成整、浮点数据处理运算以及并行向量运算。单处理器功耗典型情况下为9W。

该处理器集成如下功能块：1)高性能、超标量处理器：2)11个独立的执行单元和3组寄存器类;3)kbytes指令Cache和32kbytes数据Cache;4)内部集成512kbytes的L2Cache;5)浮点数据类型有32和164位;6)功耗和热管理单元。

2.1.3 存储电路

本电路一般由Flash、SDRAM、NVRAM存储器组成，王要完成动、静态数据的存储。Flash用于存储实时操作系统、驱动和应用程序，完成系统的程序加载和启动;SDRAM存储系统运行时的程序和数据;NVRAM存储系统BOOT程序参数和某些上电配置器件的配置数据。

2.1.4 逻辑控制电路

采用FPGA作为可编程控制芯片，实现软件复位、中断、计数器、看门狗定时器、串口、GPIO寄存器、外设的片选译码等。

2.1.5 复位电路

复位电路的设计包括软件复位和硬件复位。

软件复位是软件引起CPU复位，可以通过软件写寄存器方式复位CPU，同时驱动底板总线上的复位信号。

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