MPC184 PCI 模式硬件设计全解析

在当今的网络和计算系统中，安全功能的重要性日益凸显。MPC184 作为一款灵活且强大的安全协处理器，在众多系统中发挥着关键作用。今天，我们就来深入探讨 MPC184 在 32 位 PCI 环境下的硬件设计。

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一、MPC184 概述

MPC184 是摩托罗拉 PowerQUICC 系列集成通信处理器的重要补充，适用于任何支持 PCI 总线协议的系统。它的主要功能是将计算密集型的安全功能从主机处理器中卸载，如密钥生成与交换、认证以及批量加密等。

1. 强大的算法支持

MPC184 针对 IPSec、IKE、WTLS/WAP 和 SSL/TLS 等相关算法进行了优化处理。而且，它还是市场上唯一能够执行椭圆曲线密码学的安全协处理器，这对于安全无线通信尤为重要。

2. 丰富的功能单元

• 公钥执行单元（PKEUs）：支持 RSA 和 Diffie - Hellman 算法，可编程字段大小可达 2048 位；同时支持椭圆曲线密码学，具有 Fm 和 F(p) 模式，可编程字段大小高达 511 位。
• 数据加密标准执行单元（DEUs）：支持 DES 和 3DES 算法，有两密钥（K1, K2, K1）或三密钥（K1, K2, K3）模式，以及 ECB 和 CBC 模式。
• 高级加密标准单元（AESU）：实现了 Rinjdael 对称密钥密码，支持 ECB、CBC 和计数器模式。
• ARC Four 执行单元（AFEU）：实现了与 RC4 算法兼容的流密码，密钥可编程范围为 40 到 128 位。
• 消息摘要执行单元（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。
• 随机数生成器（RNG）：可生成随机数，为安全计算提供基础。
• 外部总线接口：具备 8xx 兼容和 PCI 2.2 兼容的外部总线接口，均有主/从逻辑，分别支持 75 MHz 和 66 MHz 操作。
• 加密通道：拥有 4 个加密通道，每个通道支持多命令描述符链，可通过集成控制器进行加密执行单元的静态和/或动态分配。
• 内部存储：8KB 的内部暂存内存，用于密钥、IV 和上下文存储。
• 电源与封装：采用 1.5V 电源，3.3V I/O，252 MAP BGA 封装，功耗仅 1.0W。

二、系统架构

MPC184 能够轻松集成到使用 8xx 或 PCI 总线协议的系统中。无论是搭配摩托罗拉 PowerQUICC 通信处理器，还是像摩托罗拉 MPC8245 这样的 32 位 PCI 集成处理器，它都能发挥出色的性能。

1. 数据处理优势

MPC184 可以作为 8xx 或 PCI 总线上的主设备，有效缓解通常与从设备相关的数据移动瓶颈。外部处理器通过设备驱动程序访问 MPC184，并使用系统内存进行数据存储。当应用程序需要加密功能时，只需为 MPC184 创建描述符，定义要执行的加密功能和数据位置。MPC184 的主设备能力使主机处理器只需进行少量寄存器写入操作，就能设置加密通道，然后由 MPC184 完成系统内存的读写任务。

2. 连接示例

• 连接 PowerQuicc 8xx 总线：如图 1 所示，MPC184 通过 8xx 总线与 MPC860 相连，同时连接主内存和 I/O 或网络接口。
• 连接集成主机 CPU：如图 2 所示，MPC184 通过 PCI 本地总线与 MPC8245 通信，还连接了网络接口卡。

三、引脚分配

在 32 位 PCI 模式下，MPC184 的引脚连接有特定要求。表 1 展示了其引脚图，其中阴影区域的引脚在 32 位 PCI 模式下必须不连接，或者在从 MPC190 迁移时需要特别考虑。这对于工程师在设计电路板时非常重要，正确的引脚连接是确保 MPC184 正常工作的基础。

四、信号描述

表 2 详细描述了 MPC184 在 32 位 PCI 模式下的信号。这些信号包括地址/数据和命令引脚、接口控制信号、仲裁信号、系统信号、错误报告信号、中断信号、JTAG/边界扫描信号以及电源/接地/无连接引脚等。工程师需要深入理解这些信号的功能和特性，以便在设计中正确处理信号的传输和控制。例如，FRAME# 信号由发起者断言表示总线事务开始，在事务结束前 1 个周期取消断言；TRDY# 信号由目标断言表示准备好完成总线事务等。同时，对于 JTAG 相关信号，如果不使用 JTAG 功能，需要将相应引脚进行特定处理，如 TCK 引脚需连接到 VSS，TDI 引脚需连接到 OVDD 等。

五、电气和热特性

1. 绝对最大额定值

表 3 列出了 MPC184 的绝对最大额定值，包括电源电压、存储温度和静态输入引脚电压等。需要注意的是，VDDQ 任何时候都不能超过 VDD 超过 2.2V，超过绝对最大额定值可能会导致设备永久性损坏，因此在实际应用中应将功能操作限制在推荐的工作条件范围内。

2. 封装热特性

表 4 展示了 252 引脚 MBGA 封装的热阻情况。结温是芯片功耗、封装热阻、安装位置（电路板）温度、环境温度、气流、电路板元件密度和电路板热阻等因素的函数。了解这些热特性有助于工程师在设计散热方案时做出合理的决策。

3. 工作条件和电气特性

表 5 给出了 MPC184 的 AC 和 DC 电气特性。在不同的电源电压和温度条件下，其各项电气参数有明确的范围。例如，核心电源电压范围为 1.35 - 1.65V，I/O 电源电压范围为 3.0 - 3.6V 等。这些参数是工程师在设计电源电路和评估系统性能时的重要依据。

4. AC 时序规格

表 6 和表 7 分别展示了主时钟和复位信号以及数据信号的 AC 时序规格。包括输出上升/下降时间、时钟频率、时钟占空比、复位脉冲宽度等参数。这些时序规格对于确保 MPC184 与其他设备的同步和正常通信至关重要。

5. IEEE 1149.1 AC 时序规格

表 8 给出了 JTAG 的 AC 时序规格，单位为纳秒。这些规格对于使用 JTAG 进行芯片调试和测试的工程师来说是必不可少的参考。

六、外壳轮廓封装尺寸

图 6 和图 7 展示了 MPC184 的外壳轮廓封装尺寸。这些尺寸信息对于电路板的布局设计非常重要，工程师需要根据这些尺寸来确定 MPC184 在电路板上的安装位置和空间，确保与其他元件的兼容性和布局的合理性。

总之，MPC184 在 32 位 PCI 环境下的硬件设计涉及多个方面，从功能特性到系统架构，从引脚分配到电气和热特性，每个环节都需要工程师精心设计和考虑。只有深入理解这些内容，才能充分发挥 MPC184 的性能，设计出高效、稳定的系统。大家在实际设计过程中，是否遇到过类似芯片在引脚连接或时序匹配方面的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。