MPC184 PCI 模式硬件設(shè)計(jì)全解析

在當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算系統(tǒng)中，安全功能的重要性日益凸顯。MPC184 作為一款靈活且強(qiáng)大的安全協(xié)處理器，在眾多系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。今天，我們就來深入探討 MPC184 在 32 位 PCI 環(huán)境下的硬件設(shè)計(jì)。

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一、MPC184 概述

MPC184 是摩托羅拉 PowerQUICC 系列集成通信處理器的重要補(bǔ)充，適用于任何支持 PCI 總線協(xié)議的系統(tǒng)。它的主要功能是將計(jì)算密集型的安全功能從主機(jī)處理器中卸載，如密鑰生成與交換、認(rèn)證以及批量加密等。

1. 強(qiáng)大的算法支持

MPC184 針對 IPSec、IKE、WTLS/WAP 和 SSL/TLS 等相關(guān)算法進(jìn)行了優(yōu)化處理。而且，它還是市場上唯一能夠執(zhí)行橢圓曲線密碼學(xué)的安全協(xié)處理器，這對于安全無線通信尤為重要。

2. 豐富的功能單元

• 公鑰執(zhí)行單元（PKEUs）：支持 RSA 和 Diffie - Hellman 算法，可編程字段大小可達(dá) 2048 位；同時(shí)支持橢圓曲線密碼學(xué)，具有 Fm 和 F(p) 模式，可編程字段大小高達(dá) 511 位。
• 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行單元（DEUs）：支持 DES 和 3DES 算法，有兩密鑰（K1, K2, K1）或三密鑰（K1, K2, K3）模式，以及 ECB 和 CBC 模式。
• 高級加密標(biāo)準(zhǔn)單元（AESU）：實(shí)現(xiàn)了 Rinjdael 對稱密鑰密碼，支持 ECB、CBC 和計(jì)數(shù)器模式。
• ARC Four 執(zhí)行單元（AFEU）：實(shí)現(xiàn)了與 RC4 算法兼容的流密碼，密鑰可編程范圍為 40 到 128 位。
• 消息摘要執(zhí)行單元（MDEUs）：支持 SHA - 1（160 位或 256 位消息摘要）、MD5（128 位消息摘要）以及 HMAC 算法。
• 隨機(jī)數(shù)生成器（RNG）：可生成隨機(jī)數(shù)，為安全計(jì)算提供基礎(chǔ)。
• 外部總線接口：具備 8xx 兼容和 PCI 2.2 兼容的外部總線接口，均有主/從邏輯，分別支持 75 MHz 和 66 MHz 操作。
• 加密通道：擁有 4 個(gè)加密通道，每個(gè)通道支持多命令描述符鏈，可通過集成控制器進(jìn)行加密執(zhí)行單元的靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)分配。
• 內(nèi)部存儲：8KB 的內(nèi)部暫存內(nèi)存，用于密鑰、IV 和上下文存儲。
• 電源與封裝：采用 1.5V 電源，3.3V I/O，252 MAP BGA 封裝，功耗僅 1.0W。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

MPC184 能夠輕松集成到使用 8xx 或 PCI 總線協(xié)議的系統(tǒng)中。無論是搭配摩托羅拉 PowerQUICC 通信處理器，還是像摩托羅拉 MPC8245 這樣的 32 位 PCI 集成處理器，它都能發(fā)揮出色的性能。

1. 數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢

MPC184 可以作為 8xx 或 PCI 總線上的主設(shè)備，有效緩解通常與從設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)移動(dòng)瓶頸。外部處理器通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序訪問 MPC184，并使用系統(tǒng)內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。當(dāng)應(yīng)用程序需要加密功能時(shí)，只需為 MPC184 創(chuàng)建描述符，定義要執(zhí)行的加密功能和數(shù)據(jù)位置。MPC184 的主設(shè)備能力使主機(jī)處理器只需進(jìn)行少量寄存器寫入操作，就能設(shè)置加密通道，然后由 MPC184 完成系統(tǒng)內(nèi)存的讀寫任務(wù)。

2. 連接示例

• 連接 PowerQuicc 8xx 總線：如圖 1 所示，MPC184 通過 8xx 總線與 MPC860 相連，同時(shí)連接主內(nèi)存和 I/O 或網(wǎng)絡(luò)接口。
• 連接集成主機(jī) CPU：如圖 2 所示，MPC184 通過 PCI 本地總線與 MPC8245 通信，還連接了網(wǎng)絡(luò)接口卡。

三、引腳分配

在 32 位 PCI 模式下，MPC184 的引腳連接有特定要求。表 1 展示了其引腳圖，其中陰影區(qū)域的引腳在 32 位 PCI 模式下必須不連接，或者在從 MPC190 遷移時(shí)需要特別考慮。這對于工程師在設(shè)計(jì)電路板時(shí)非常重要，正確的引腳連接是確保 MPC184 正常工作的基礎(chǔ)。

四、信號描述

表 2 詳細(xì)描述了 MPC184 在 32 位 PCI 模式下的信號。這些信號包括地址/數(shù)據(jù)和命令引腳、接口控制信號、仲裁信號、系統(tǒng)信號、錯(cuò)誤報(bào)告信號、中斷信號、JTAG/邊界掃描信號以及電源/接地/無連接引腳等。工程師需要深入理解這些信號的功能和特性，以便在設(shè)計(jì)中正確處理信號的傳輸和控制。例如，F(xiàn)RAME# 信號由發(fā)起者斷言表示總線事務(wù)開始，在事務(wù)結(jié)束前 1 個(gè)周期取消斷言；TRDY# 信號由目標(biāo)斷言表示準(zhǔn)備好完成總線事務(wù)等。同時(shí)，對于 JTAG 相關(guān)信號，如果不使用 JTAG 功能，需要將相應(yīng)引腳進(jìn)行特定處理，如 TCK 引腳需連接到 VSS，TDI 引腳需連接到 OVDD 等。

五、電氣和熱特性

1. 絕對最大額定值

表 3 列出了 MPC184 的絕對最大額定值，包括電源電壓、存儲溫度和靜態(tài)輸入引腳電壓等。需要注意的是，VDDQ 任何時(shí)候都不能超過 VDD 超過 2.2V，超過絕對最大額定值可能會導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞，因此在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)將功能操作限制在推薦的工作條件范圍內(nèi)。

2. 封裝熱特性

表 4 展示了 252 引腳 MBGA 封裝的熱阻情況。結(jié)溫是芯片功耗、封裝熱阻、安裝位置（電路板）溫度、環(huán)境溫度、氣流、電路板元件密度和電路板熱阻等因素的函數(shù)。了解這些熱特性有助于工程師在設(shè)計(jì)散熱方案時(shí)做出合理的決策。

3. 工作條件和電氣特性

表 5 給出了 MPC184 的 AC 和 DC 電氣特性。在不同的電源電壓和溫度條件下，其各項(xiàng)電氣參數(shù)有明確的范圍。例如，核心電源電壓范圍為 1.35 - 1.65V，I/O 電源電壓范圍為 3.0 - 3.6V 等。這些參數(shù)是工程師在設(shè)計(jì)電源電路和評估系統(tǒng)性能時(shí)的重要依據(jù)。

4. AC 時(shí)序規(guī)格

表 6 和表 7 分別展示了主時(shí)鐘和復(fù)位信號以及數(shù)據(jù)信號的 AC 時(shí)序規(guī)格。包括輸出上升/下降時(shí)間、時(shí)鐘頻率、時(shí)鐘占空比、復(fù)位脈沖寬度等參數(shù)。這些時(shí)序規(guī)格對于確保 MPC184 與其他設(shè)備的同步和正常通信至關(guān)重要。

5. IEEE 1149.1 AC 時(shí)序規(guī)格

表 8 給出了 JTAG 的 AC 時(shí)序規(guī)格，單位為納秒。這些規(guī)格對于使用 JTAG 進(jìn)行芯片調(diào)試和測試的工程師來說是必不可少的參考。

六、外殼輪廓封裝尺寸

圖 6 和圖 7 展示了 MPC184 的外殼輪廓封裝尺寸。這些尺寸信息對于電路板的布局設(shè)計(jì)非常重要，工程師需要根據(jù)這些尺寸來確定 MPC184 在電路板上的安裝位置和空間，確保與其他元件的兼容性和布局的合理性。

總之，MPC184 在 32 位 PCI 環(huán)境下的硬件設(shè)計(jì)涉及多個(gè)方面，從功能特性到系統(tǒng)架構(gòu)，從引腳分配到電氣和熱特性，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要工程師精心設(shè)計(jì)和考慮。只有深入理解這些內(nèi)容，才能充分發(fā)揮 MPC184 的性能，設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定的系統(tǒng)。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，是否遇到過類似芯片在引腳連接或時(shí)序匹配方面的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。