PowerPC处理器的发展历程摘要：本文简述freescale的powerpc处理器的发展历程，按powerpc处理器应用领域对处理器进行了进行分类和介绍。

关键词：嵌入式处理器；powerpc；powerquicc；power qoriq 中图分类号：tp752一般情况下的powerpc，指的是使用powerpc指令集的处理器。

powerpc，最初的含义却不是power，而是performance optimized with enhanced risc；pc指的是performance computing。

powerpc 系列是源自于power架构的设计，但进行了大量的改动。

例如，power pc是open-endian设计，而power是大尾段设计；power pc希望提供更强的浮点处理能力和多线程处理能力。

总的来说，这两种类型的cpu并没有太大的差别，power pc保留了绝大部分power指令，许多应用只要重新编译，就可以分别在两个平台上运行。

随着powerpc的发展，使用powerpc构架的处理器已经形成了庞大的家族，在通信、工控、航天国防等要求高性能和高可靠性的领域得到广泛应用。

目前，主流的powerpc处理器制造商有ibm、freescale、amcc、lsi等。

而在嵌入式领域freescale的powerpc占主导地位，尤其有e2v公司对扩展温度powerpc的支持，广泛应用于航空国防领域。

1 freescale的powerpc系列freescale公司是从motorola公司分离出来的公司，但是把motorola公司名下所有关于powerpc处理器的业务都归属到freescale公司，至此该公司发展迅速，尤其在网络设备市场取得了非常可观的成功。

目前freescale公司已经调整其powerpc产品策略，将其划分成3个主要市场：网络设备、汽车电子（mpc5xx系列）和工业控制。

1.1 powerquiccfreescale powerpc在通讯领域的成功，很可能要归功于powerquicc，这也是ibm的powerpc和freescale的powerpc的最重要的区别。

1993年，摩托罗拉在充分理解通信系统应用的基础上，生产了第一颗包含quicc（quad integrated communications controller）的芯片mc68360。

此时，quicc实际上是一颗独立的处理器。

1994年，摩托罗拉开始把mc68360的quicc和powerpc内核结合，将集成了quicc的powerpc处理器称为powerquicc，并将其中的quicc处理模块称为cpm。

1995年，mpc860芯片面市，标志着一个通信处理器时代的开始。

这颗芯片实现了作为控制中心的powerpc处理器和作为数据处理中心的cpm的分离，采用了数据通路和控制通路分开的思想。

此后powerquicc系列芯片也一路升级，从powerquicc i到powerquicc ii，再到powerquicc iii和powerquicc ii pro。

目前，freescale 将cpm升级为qe（quicc engine）。

伴随powerquicc 的升级，freescale powerpc内核也在升级。

（1）603内核系列mpc850、mpc860、mpc875、mpc885等，目前是最低端的freescalepowerpc处理器。

这类powerpc处理器没有包含sdram接口，用户必须使用mpc860提供的upm（user programmable machines）配置成sdram接口。

603内核配合powerquicc i。

（2）603e内核系列mpc8250、mpc8260、mpc8272等。

从powerpc内核的角度看，603到603e的升级不大，主要是mmu上，此外包含了sdram控制器。

603e内核配合powerquicc ii。

（3）e300内核系列mpc8349、mpc8347、mpc8360等。

e300系列与603e系列结构基本一致，在处理器内核上的修改不多。

qe最先在mpc8360上实现，此外支持ddr sdram接口。

e300内核配合powerquicc ii pro。

（4）e500内核系列mpc8540、mpc8560、mpc8548等。

e500内核共有v1、v2两个版本。

v1版本和v2版本的最大区别在于mmu。

基于e500内核的powerpc 处理器是freescale高端处理器的发展方向。

e500 内核和603e有很大的不同，只有指令系统是兼容的，其他内核组件都不相同。

e500内核配合powerquicc iii。

1.2 host processorhost processor顾名思义为主处理器，类似与以前的x86，是一颗纯处理器，它理论上需要通过桥接器和外部设备进行连接，常用powerpc处理器桥接器有不少厂家生产，主要有：tundra公司（现已由idt公司收购）的tsi107和tsi109，mavell公司的discovery系列。

powerpc 6xx系列和power pc 7xx系列由motorola公司和ibm公司研发，之后由于公司业务变更归属到了freescale公司名下，后续g4产品沿续了前期host processor的发展。

该系列处理器性能高，处理速度快，主要面向高性能计算处理。

（1）powerpc 6xx系列powerpc 601是power pc 600系列中的第一款，它综合了power 和power pc架构的特点，并且尽量保持与power1和随后的其他power pc芯片的兼容性。

此系列下一个芯片是603，低端、低功耗的处理器，大量使用在汽车上。

与power pc 603同日登场的还有powerpc 604，是更强大的处理器，随之的是“加强版”的603e和604e。

（2）power pc 7xx系列在1998年，出现了powerpc740和powerpc750，与604e非常相像。

powerpc750是第一款铜导线处理器，苹果公司用它生产了g3。

在2002年发布的32位的powerpc750fx曾经震惊业界，因为它是第一款达到1ghz主频的处理器，ibm在2003年紧跟着推出了750gx，集成了1mb片上二级缓存，也是1ghz主频，大约7瓦功耗。

（3）power pc e600内核系列也称为g4，包括mpc7410，mpc7447，mpc7448，mpc8641等。

与ibm的power700系列的最大不同在于g4系列支持altivec结构。

这类处理器也是apple用于mac机的芯片。

mpc86xx系列是内部集成了g4核并集成丰富io接口的处理器，如高速串行接口。

pci-e，rapidio，处理器主频可达1.5g。

该系列处理器有扩展温度支持，广泛应用于航空国防领域，进行高性能计算处理。

同时由于集成了altivec单元，也用来做信号处理。

1.3 power qoriq飞思卡尔qoriq通信平台是飞思卡尔的 powerquicc通信处理器的下一代演进产品，包含一个或者更多个核，一共有5个不同的产品平台。

按照功能和性能，分为p1，p2，p3，p4和p5，同老的powerpc 产品保持软件兼容，例如powerquicc平台。

qoriq商标和p1、p2、p4产品家族在2008年6月被公布，p3和p5平台的细节尚未公开。

所有的qoriq处理器基于e500 or e5500核心。

p10xx和p20xx系列基于e500v2核心，p340xx和p40xx系列基于e500mc核心，p50xx则基于e5500核心。

多核、高性能、低功耗、高集成度是qoriq的重要特点，同时许多型号在恶劣环境下有着出色的适应能力。

（1）p1系列p1系列被设计用于网关、以太网交换机、无线局域网接入点和通用控制目的。

p1系列属于入门级，运行在400到800mhz，e500核心，用于替代powerquicc ii pro和powerquicc iii平台。

p1系列封装成689个引脚，同p2系列兼容。

（2）p2系列p2系列设计用于网络、电信、军工的广泛应用。

能运行在-40到125°c，特别适合苛刻条件下的应用。

p2系列属于中端产品，运行在800mhz到1.2ghz，用于替代powerquicc ii pro和powerquicc iii平台。

（3）p3系列p3系列设计属于中端产品，用于交换机和路由器。

p3系列提供了一个多核平台，支持4个e500mc核心，每个核心频率能达到1.5 ghz。

p3系列拥有1.3 ghz 64-bit ddr3内存控制器，18个serdes lanes，以及用于数据包操作和调度、正则表达式、raid、安全、加密和rapidio的硬件加速器。

p3系列的多个核心能够运行在对称模式和非对称模式，意味着多个核心可以一起或者非别引导运行操作系统。

（4）p4系列p4系列属于高端产品，用于核心网或者企业级交换机、路由器。

提供极限多核平台，支持8个e500mc核心，每一个核达到1.5 ghz。

p4080包含8个e500mc核心。

（5）p5系列p5系列基于高性能64-bit e5500核心，频率提高到2.5 ghz。

p5010含一个e5500核心，能够运行在2.0 ghz下。

p5020含2个e5500核心，能够运行在2.0 ghz下。

p5040含4个e5500核心，能够运行在2.2 ghz下，性能吃惊的达到了3.0dmips/hz。

集成pci-e，rapidio，sata等接口。

1.4 qoriq amp系列t系列基于多线程64为e6500核心，该核集成altivec技术向量处理单元，产品有4核的t1042，24核（虚拟）的t4240等。

内部集成了多达16路的千兆以太网、4路pci-e、2路rapidio，2路sata等接口。

2 结束语freescale的powerpc在嵌入式应用中提出了全面解决方案，系列化的产品可应用于不同需求的领域，不仅国外、在国内许多知名企业也广泛应用，尤其由e2v公司对扩展温度powerpc的支持，亦广泛应用于对环境要求很高的领域中。

相信选择freescale的powerpc作为嵌入式中的处理器是不错的选择。

参考文献：[1]网站/power.作者简介：沈华，高工，研究方向：嵌入式处理器应用。

作者单位：中航工业西安航空计算技术研究所，西安 710065。