摘要: 本文介绍了一种新型的32位高性能RISC处理器PowerPC405EP，提出了一种基于PowerPC405EP的网络打印机产品控制器硬件设计方案并给出了部分设计细节，然后讨论了基于此网络打印机控制器的嵌入式操作系统VxWorks的开发，移植以及BSP引导程序的开发流程。
关键词: RISC，PowerPC，网络打印机控制器，VxWorks BSP， bootroom

引言
网络打印机是一种将网络服务器功能与打印功能合二为一的新型网络设备，其控制器设计要求处理器速度快，功能强大，能够满足网络处理、打印数据交换以及嵌入式操作系统开发等对硬件的各种资源要求。PowerPC405EP是IBM公司推出的一种高性能的32位RISC嵌入式处理器，片上集成了PowerPC405内核以及各种丰富的外围设备接口资源，最高速度可达333MHz。本文针对该处理器的特点，提出了一种网络打印机控制器的系统设计方案，并对此方案中较为关键的软硬件技术进行了讨论。

系统设计方案
该网络打印机控制器以PowerPC405EP为核心，系统结构框图如图1所示。
该系统包含PowerPC405EP处理器芯片及其上电复位电路、电源电路、系统时钟电路、SDRAM内存及扩展电路、程序存储及启动调试Flash电路、1片连接在IIC总线上提供启动配置选择的EEPROM、用于ICE调试的JTAG口以及以太网口、串口等通信接口，与打印机引擎的数据通信协议由1块FPGA实现。当系统工作时，控制器从以太网口接收打印数据，经过运算处理后，通过外部设备总线控制器访问FPGA，把打印控制信号和数据输出给引擎，实现网络打印功能。

图1 网络打印机控制器系统结构框图

CPU时钟电路
用一33.33MHz的外部晶振连接到CPU的Sysclk管脚作为外部输入的低频时钟源, 然后通过初始化配置片内PLL将外部输入的低频时钟源倍频，为系统产生一个高频系统时钟。

SDRAM内存电路
由于405EP的SDRAM接口是32位数据总线，因此选用2片HY57V281620HCT芯片作为板上内存模块。该芯片片内结构组织模式为8M×16位，这2块内存芯片共用一个bankSel0片选空间，构成数据总线宽为32位的数据存储区，内存容量32MB。另外可增加一条168针的DIMM扩展槽，使内存空间扩大到512MB。

内存模块各芯片以及DIMM的时钟由405EP的Memclkout0引脚提供(频率等于PLB总线时钟,一般为100MHz或133MHz)。为了保证各芯片时钟同步，引入CY2309时钟匹配芯片，该芯片拥有内部时钟锁相环，可以将CPU输出的时钟信号匹配成若干条相位频率完全相同的时钟信号，并且可以避免任一时钟信号反射对其他时钟造成的影响。由于内存模块工作频率较高，布板时应注意各芯片时钟走线严格要求等长，相同性质的信号线应尽量使用相同的拓扑结构，另外需结合控制器内部时序寄存器的配置来对这部分电路进行板级仿真。

程序存储电路
由于405EP的EBC总线具有16位数据线和29位地址线，选择2片MX29LV160BTC的Flash芯片用以存放BSP、实时操作系统VxWorks和用户应用程序。将Flash的BYTE#管脚设置为低电平，使Flash工作于x8模式。这样2片Flash共用一个CS0片选空间，构成EBC数据总线同步访问的高8位和低8位，容量为4MB。由于405EP采用PowerPc内核，即405EP的A31是LSB，A3是MSB，数据总线亦然，而Flash芯片的A0和D0皆是LSB，连线时要注意管脚次序。另外，由于Flash是2字节同步读取操作，连线时应将CPU的地址线左移1位，即不使用最低位A0。

为了便于系统调试，可增加一片512KB的SST39SF040用于bootrom启动，通过跳线与2片Flash互选CS0片选，这样系统启动时会自动从CS0的设备上读取启动代码。程序存储模块如图2所示：

图2 Flash程序存储电路

以太网接口电路
RTL8201BL网口芯片用来实现PowerPC405EP与100M以太网的接口，使用外部25MHz晶振，通过16PT8515网络滤波器连接到以太网上。由于PowerPC405EP带有100M以太网MAC，所以能够实现和RTL8201BL的无缝连接。RTL8201BL有两种接口：SNI和MII。本系统采用MII。接口的选择可以通过设置MII/SNIB引脚为高电平和正确地设置ANE、SPEED和DUPLEX引脚来实现。MII能够运行在两个频率上，即25MHz和2.5MHz，分别支持100M以太网和10M以太网。当数据传输时，MAC将首先判定TXEN信号并改变8位数据为4位数据，再通过TXD[0:3]传到物理层上，在TXEN信号有效期间，PHY将通过传输时钟信号TXCLK对