星上ATM交换样机控制板的软硬件设计和实现

摘要

MPC8280是专为电信和网络市场而设计的先进集成通信微处理器,它具有高速的嵌入式PowerPC内核和很高的网络与通信外围设备集成度,使用它可以设计出综合性能比高的通信与组网设备。星上ATM交换是卫星通信研究的重要方面,研究基于MPC8280的卫星交换机具有较大的实用价值。本文结合“星上10Gbps大容量交换原型样机”项目,重点研究了基于MPC8280的星上ATM交换样机控制板软硬件的设计与实现。首先介绍了国内外研究现状、相关的研究背景及选题意义。接着概述了MPC8280处理器及其Linux嵌入式开发。在分析了交换机硬件设计方案的基础上,设计与实现了样机控制板,包括了基于FPGA的接口控制、串口、以太网口和MPC8280处理器等模块,并完成了控制板硬件平台原理图、PCB的设计和硬件调试。接口控制模块实现了UTOPIA Level2接口和中断控制器,并提供了控制板所需的多种控制信号。论文研究了接口控制模块在Xilinx公司Spartan-IIE系列FPGA上的VHDL设计与仿真验证,并在此基础上完成了UTOPIA Level2接口的改进及FPGA实现。经测试验证了控制板所有上述功能正常。论文还在对嵌入式Linux驱动程序开发的研究基础上,探讨了接口控制模块和MPC8280 ATM接口的驱动软件设计。最后总结全文,提出了下一步研究工作的方向。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 国内外研究及应用现状

1.1.1 卫星ATM技术的研究现状

1.1.2 飞思卡尔PowerPC处理器发展及应用现状

1.2 研究背景及其意义

1.3 论文内容安排

第二章 MPC8280 处理器及其Linux嵌入式开发

2.1 MPC8280 处理器

2.1.1 MPC8280 处理器的内部结构及数据流

2.1.2 MPC8280 ATM接口实现的关键机制

2.1.3 MPC8280 ATM接口数据收发过程

2.1.4 UTOPIA Level 2 接口协议规范

2.2 MPC8280 的Linux嵌入式开发

2.2.1 嵌入式Linux操作系统

2.2.2 开发环境的搭建

2.2.3 开发环境的配置

第三章 样机控制板的硬件平台设计与实现

3.1 样机硬件平台的总体设计

3.1.1 信元交换板总体方案

3.1.2 控制板总体设计

3.2 样机控制板子模块设计

3.2.1 接口控制模块

3.2.2 串口模块

3.2.3 以太网口模块

3.2.4 MPC8280 处理器模块

3.2.5 时钟/复位/电源模块

3.2.6 驱动与接口模块

3.3 控制板PCB设计原则

3.4 控制板硬件调测试及问题分析

第四章 样机控制板的FPGA设计与实现

4.1 Xilinx FPGA开发环境

4.2 通用FPGA开发流程

4.3 接口控制模块的FPGA设计

4.3.1 微机接口

4.3.2 控制逻辑译码

4.3.3 中断控制器

4.3.4 UTOPIA L2 接口

4.4 UL2 接口的改进

4.5 FPGA仿真结果及问题分析

4.5.1 FPGA仿真结果

4.5.2 仿真问题分析

第五章 驱动软件的设计与实现

5.1 嵌入式Linux驱动程序开发

5.1.1 设备驱动程序开发流程

5.1.2 设备驱动程序结构

5.1.3 模块化驱动程序设计

5.2 接口控制模块的驱动软件实现

5.3 MPC8280 ATM接口驱动软件的实现

5.3.1 初始化模块

5.3.2 数据发送模块

5.3.3 数据接收模块

5.3.4 中断处理模块

5.4 驱动软件在MPC8280 平台的调测试及问题分析

5.4.1 接口控制模块驱动软件的调测试及问题分析

5.4.2 MPC8280 ATM接口驱动软件的调测试及问题分析

结束语

致谢

参考文献

作者在读期间研究成果