TM1300 PCI-XIO口的UART和USB接口設(shè)計
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引言
Trimedia集成電路是Philips公司新近推出的針對多媒體應(yīng)用的一種高性能DSP，它能夠進行高質(zhì)量的視頻和音頻處理。TM1300是Trimedia系列產(chǎn)品之一，它的核心是32位處理器，能夠進行32位線性尋址，尋址能力可達4GB，含有128個通用寄存器。Tm1300核心處理器采用的是VLIW（超長指令字）結(jié)構(gòu)，可以在每一時鐘周期內(nèi)同時進行5個操作，VLIW結(jié)構(gòu)還可以減少處理器的工作量。TM1300支持16KB的數(shù)據(jù)高速緩存和32KB的指令高速緩存，并且數(shù)據(jù)高速緩存是雙端口的，允許同時雙向接入。
TM1300有別于一般的通用DSP，它有專門的視頻接口、音頻接口和PCI、SSI（同步串行接口）等豐富的外設(shè)接口。在本設(shè)計前，已經(jīng)利用TM1300上的SSI接口實現(xiàn)了UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmit）接口板和E1接口板，利用片上PCI接口實現(xiàn)了以太網(wǎng)接口，并實現(xiàn)了PSTN、DDN和以太網(wǎng)上的視頻傳輸。本文改進了參考文獻中的URAT實現(xiàn)方案，利用TM1300的PCI-XIO接口實現(xiàn)串行通信接口和USB接口，系統(tǒng)框圖如圖1所示。
1 硬件設(shè)計
TM1300集成了一個符合PCI 2.1的PCI接口，總線數(shù)據(jù)寬度為32位，最高時鐘頻率可達33MHz，峰值吞吐率可達132MB/s。TM1300還通過XIO總線控制器在PCI接口上擴展了一個XIO接口。通過XIO接口，TM1300可以方便實現(xiàn)對8位簡單外設(shè)的無縫連接。本文設(shè)計的硬件實現(xiàn)主要就是基于XIO接口，下面將對其進行詳細介紹。
圖2
1.1 TM1300 PCI-XIO接口的工作機制
PCI-XIO總線提供了TM1300與普通PCI外設(shè)和簡單8位外設(shè)的無縫混合連接。它提供以下特性：
*完全的PCI 2.1特性（32位，33MHz）;
*簡單的非復(fù)用8位數(shù)據(jù)，24位地址XIO總線，支持68K、X86控制信號；
*內(nèi)部或外部可編程時鐘源；
*0～7個可編程等待周期以適應(yīng)慢速XIO設(shè)備；
*支持單字節(jié)讀寫和DMA讀寫。
圖3
圖2是PCI-XIO總線系統(tǒng)示意圖，可以看出，XIO總線控制器作為PCI總線上的一個特殊設(shè)備工作，通過復(fù)用PCI信號線，實現(xiàn)簡單8位設(shè)備的標準接口。XIO總線控制器作為XIO總線的“代理”，在XIO總線操作進行時負責(zé)為PCI總線接口單元（BIU）產(chǎn)生PCI_DEVSEL信號，當收到BIU的PCI_IRDY信號時，它使能PCI_INTB信號，可以作為所有XIO設(shè)備的全局片選信號。它還重新配置了PCI的32位地址/數(shù)據(jù)線，將低24位作為XIO總線的地址線，高8位作為XIO總線的數(shù)據(jù)線。
PCI-XIO總線控制器包括一個可編程的MMIO寄存器：XIO_CTL。其中使能位（7）為1時，允許XIO總線操作；高6位（31：26）定義了XIO空間的基地址；時鐘頻率位（4：0）用來定制內(nèi)部時鐘；等待狀態(tài)（10：8）用來支持慢速外部XIO設(shè)備操作。
TM1300初始化后，PCI-XIO總線默認為普通PCI模式。若MMIO里XIO-CTL寄存器的使能位被置位，并且TM1300尋址到XIO地址空間，XIO總線控制器就被激活。
從圖2可以看出，TM1300利用PCI BIU訪問XIO總線，TM1300訪問XIO總線的地址格式如圖3所示。
由圖3可見，24位16MB地址空間的XIO總線映射到16MB PCI（4字節(jié)）地址空間。XIO總線上一次字節(jié)的讀寫對應(yīng)于PCI總線上的一次字讀寫。圖4是TM1300訪問XIO總線使用的數(shù)據(jù)格式，向XIO總線寫一個字節(jié)時，PCI BIU在PCI寫操作的數(shù)據(jù)相，向XIO總線控制器寫4字節(jié)，但低24位（bit23:0）被忽略，對應(yīng)的PCI_BYTE_ENABLE信號無線；從XIO總線讀1字節(jié)時，XIO總線控制器在PCI讀操作的數(shù)據(jù)相，向PCI BIU發(fā)送4字節(jié)，其中高8位（bit31:24）是從XIO總線的數(shù)據(jù)線上讀到的數(shù)據(jù)，低24位（bit24:0）返回這次讀操作的XIO總線地址。
在XIO邏輯激活期間，PCI-XIO接口把PCI中斷信號PCI_INTB復(fù)用為XIO總線全局使能信號CS；把PCI的命令/比特使能信號PCI_C/BE0和PCI_C/BE1分別復(fù)用為XIO總線的讀使能信號RD和寫使能信號WR；把PCI/C_BE2復(fù)用為數(shù)據(jù)鎖存信號，用于地址線與數(shù)據(jù)線復(fù)用的環(huán)境；PCI的時鐘信號PCI_CLK可在XIO總線操作期間為PCI總線接口單元（BIU）提供由TM1300內(nèi)部高速時鐘分頻而來的可編程時鐘；其它PCI控制信號則由XIO總線控制器負責(zé)與PCI BIU進行交互。
1.2 基于PCI-XIO的接口實現(xiàn)方案
通過上述介紹不難看出，PCI-XIO接口的8位數(shù)據(jù)線無疑是TM1300連接8位外設(shè)ST16C550和USBN9604的理想橋梁。
串行接口的實際技術(shù)已經(jīng)非常成熟，本文選用比較常見的ST16C550芯片。ST16C550是可編程的通用異步接收/發(fā)送器，工作在3.3V或5V，內(nèi)部收發(fā)均有16個字節(jié)FIFO，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行與8位并行之間的轉(zhuǎn)換，支持異步通信協(xié)議。片內(nèi)有時鐘產(chǎn)生電路，最高工作頻率24MHz，波特率可以從50bps～1.5Mbps.ST16C550可以為應(yīng)用于遠程通信系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)器提供控制信號，并接收和記錄調(diào)制解調(diào)器的狀態(tài)信息。
本文所選用的USB接口芯片USBN9604是National Semiconductor公司設(shè)計生產(chǎn)的一款新型的USB通信控制芯片，支持全速傳輸，可滿足USB1.0和USB1.1協(xié)議。它具有8位并行接口，可支持DMA、MICROWIRE。其主要特別如下：工作頻率為48MHz，芯片內(nèi)部有倍頻電路；可編程產(chǎn)生不同的接口（SIE），可實現(xiàn)USB物理層和信號協(xié)議層的轉(zhuǎn)換；帶有7個端點的USB功能控制器，每個端點對應(yīng)一個FIFO；內(nèi)部有64個映射到內(nèi)存的寄存器。
圖5
TM1300與USB9604連接的原理圖如圖6所示。
在TM1300通過XIO口對USB芯片進行讀寫的過程中，要特別注意時序問題。雖然TM1300的XIO接口和USB芯片能夠?qū)崿F(xiàn)硬件上的無縫連接，但兩者在讀寫數(shù)據(jù)的時序上并不匹配。TM1300在發(fā)起XIO總線讀寫操作時，在片選信號有效期間，地址和數(shù)據(jù)是同時發(fā)向USB芯片時；而USB芯片需要先接收一個地址，再對相應(yīng)地址讀寫數(shù)據(jù)，地址與數(shù)據(jù)是分時的。對于TM1300的讀寫操作，USB芯片無法將地址和數(shù)據(jù)區(qū)分開來，即兩個芯片的讀寫時序不匹配。本文利用TM1300的PCI_AD0引腳來控制USBN9604的A0，當PCI_AD0為1時，表示寫入USBN9604的是地址；當PCI_AD0為0時，表示真正的數(shù)據(jù)通信。具體的編程語句如下：
void write_usb(BYTE address,BYTE data)
{xioWrite(USB基地址+0x000001,address);
xioWrite(USB基地十+0x000000,data);}
BYTE read_usb(BYTEaddress)
{xio Write(USB基地址+0x000001,address);
return(BYTE)xioRead(USB基地址+0x000000)；}
對UART的讀寫，則不用考慮時序問題，使用如下語句即可。
xioWrite(UART基地址+UART寄存器地址,data);
1.3 外部中斷設(shè)計
TM1300除了內(nèi)部模塊中斷之外，還提供了5個外部中斷輸入引腳：PCI-INTA/B/C/D和TR1_USERIRQ，前四個中斷引腳推薦為電平觸發(fā)模式，在不用作中斷輸入時，可以配置為通用I/O引腳，TRI_USERIRQ適合于電平觸發(fā)或者邊沿觸發(fā)模式。
在本文的硬件設(shè)計中，PCI-INTB在PCI-XIO總線激活時，作為XIO總線的全局使能信號；UART芯片利用TRI_USERIRQ引腳向TM1300發(fā)中斷請求；PCI-INTD用于UART通信接口板上USB芯片的中斷請求；PCI-INTC保留未用，可用作以后的擴展。
由于ST16C550的中斷輸出引腳和TM1300的TRI-USERIRQ中斷輸入引腳都工作在正邏輯模式，兩者可以直接連接。對于ST16C550這樣可以同時發(fā)生多個中斷條件的外部設(shè)備，INT-USERIRQ應(yīng)該工作在電平觸發(fā)模式。
1.4 PCI-XIO總線復(fù)用
本文設(shè)計的硬件系統(tǒng)中，通過PCI-XIO總線連接到TM1300的外部設(shè)備有三個：Flash、ST16C550和USB9604。為了這三個設(shè)備能夠同時正常工作，必須加入地址譯碼芯片以復(fù)用PCI-XIO總線。
由于Flash占用4MB的地址空間，可以考慮將16MB的XIO空間劃分為4個4MB的地址塊，利用XIO地址線的高2位作地址譯碼。
本文選擇的地址譯碼芯片是常見的三-八譯碼器，原理圖如圖7所示。這里將XIO總線的全局使能信號PCI-INTB作為74138的使能信號。XIO邏輯激活期間，XIO地址線AD[23、22]的值決定了三個外部設(shè)備中的一個片選信號有效。由圖7可見，F(xiàn)lash的基地址為0x000000,USB9604的基地址為0x800000,ST16C550的基地址為0xC00000。
2 總結(jié)
本文通過PCI-XIO接口為TM1300硬件平臺實現(xiàn)串行接口和USB接口，在硬件上實現(xiàn)了帶有串行通信接口和USB接口的TM1300編碼板。
接下來的工作是為TM1300實現(xiàn)一個WLAN通信接口，使得以TM1300為硬件平臺的編碼器可以用于高速無線網(wǎng)絡(luò)平臺。
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