PowerPC G4 主機處理器為例，介紹標準6U 高度CompactPCI 單板計算機的硬件設計以及實時操作系統VxWorks 的BSP 開發過程。

2 單板計算機硬件開發

整個單板的設計分為三個部分：電源模塊，PowerPC 部分和通信接口部分。其中PowerPC 部分和外圍接口以PCI 總線為分界線，PowerPC 部分包括PowerPC、host bridge、SDRAM 和FLASH。

外圍接口包括網口、串口、通過PCI 總線擴展的接口和擴展的二級PCI 總線。網口和串口在開發階段用于單板和開發主機通信，并能在單板嵌入操作系統后作為多個單板之間的通信接口。框圖中PowerPC 沒有指定具體的型號，可以選擇IBM 的如PPC750， 也可以選擇Freescale的如PowerPC G4 系列的MPC74XX，host bridge 可以選擇MARVELL 公司的MV64360 或MV*60。用戶可以根據的不同需要選擇相應的組合。

2.1 電源模塊的設計

電源是任何一個電路系統至關重要的部分，所有的信號傳輸都是基于準確而穩定的電源基礎上的。CPCI 連接器提供的電源有5V、3.3V、12V 和-12V，整個單板上需要的電源有多種：主電源5V、PowerPC 的內核電源、host bridge 內核電源、DDR SDRAM 電源和其余I/O總線電源3.3V。對電流需求大，電源穩定性要求高的，應采用可編程的DC/DC 控制芯片完成電源的轉換。

電源模塊的PCB 布板也要進行小心處理， 主要有以下幾個方面需要注意。

a) 放置去藕電容：隨著一定數量的去藕電容被放置在板上，電路板本身特有的諧振可以被抑制掉，從而減少噪聲的產生，還可以降低電路板邊緣輻射以緩解電磁兼容問題。為了提高電源供電系統的可靠性和降低系統的制造成本，應考慮如何經濟有效地選擇去藕電容的系統布局。

b) 降低電源供電系統的阻抗：一個低阻的電源供電系統(從直流到交流)是獲得低電壓波動的關鍵：減少電感作用，增加電容作用，消除或降低那些諧振峰是設計目標。為達到此目標應降低電源和地板層之間的間距； 增大平板的尺寸；提高填充介質的介電常數；采用多對電源和地板層。

2.2 PowerPC 部分

PowerPC 部分包含PowerPC1&2，host bridge，DDR SDRAM，SRAM 和Flash。此部分是整個單板計算機的核心，電路設計調試難度也最大PowerPC1&2 和DDR SDRAM 部分速度較快，電路設計要注意PCB 布線選擇合適的拓撲結構和布線策略, 以保證信號完整性。

a) 拓撲結構的靈活應用

在 PCB 設計中常用的拓撲結構有菊花鏈拓撲和星形拓撲。要根據不同的情況采用不同的拓撲結構。

一般而言，對于多負載的總線系統常采用菊花鏈拓撲，并在最遠端的負載處進行適當的終結。菊花鏈拓撲的優勢在于易于進行阻抗控制，端接簡單，網絡的布線長度短，布線較為方便，只要各個接收器在接收信號時間上的差別在允許的范圍內就可以采用菊花鏈拓撲進行布線（這也說明菊花鏈拓撲不適用于高速系統），注意要讓菊花鏈的分支線盡量短。Local bus 上的外設我們是用的此種拓撲結構，local bus 上有Flash、DDR SRAM、SRAM 等外設。

星形拓撲一般在時鐘網絡或對信號同步要求高的網絡中應用，其共同點就是要求各接收器在同一時刻收到驅動端發來的信號，星形拓撲的布線難度比菊花鏈拓撲的要大，占用空間也大。實際的星形拓撲會存在端接傳輸線分支，驅動器與公共節點間存在傳輸線分支，這些都會劣化信號，所以在設計星形拓撲一般需要仿真，以保證信號的完整性。

PowerPC1&2（U1、U2）和host bridge（U3）采用星形拓撲結構，其后仿真圖形如圖2 所示，基本滿足信號完整性。時鐘電路采用星形拓撲結構，一個晶振作為host bridge的輸入基準時鐘，其余時鐘都由host bridge 來提供。另外 PLL 要選擇合適的參數配置，使得芯片和電路穩定運行。

b) 嚴格的等長布線要求

在SDRAM 設計時，要注意調整管腳SDRAM_SYNC_OUT 和SDRAM_SYNC_IN 之間的布線長度，使得SDRAM 數據相對時鐘的建立時間和保持時間得到很好的滿足。PCI 部分的時鐘要注意管腳PCI_SYNC_OUT 和PCI_SYNC_IN 之間的布線長度和PCI_CLK 相同。

2.3 通信接口部分:

通信接口實現人-機、機-機之間的信息交互和數據的傳輸，無論是在系統調試，還是在系統應用中都非常重要。如圖1 所示，host bridge 集成了兩個串口和3 個千兆網控制器，通過外接串口和網口的收發器設計用戶所需的通訊接口。